血糖遗传度及全基因组关联分析的双生子研究

来源 :青岛大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ylm1982123
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目的:空腹血糖(Fasting plasma glucose,FPG)浓度是诊断糖尿病的标准之一。血糖高或者低都可以引起死亡率的增加。但是,在国内有关FPG的全基因组关联分析(Genome-wide association study,GWAS)的研究相对较少。因此,本研究的目的是探讨遗传因素对FPG的影响程度以及与FPG水平有关的基因单核苷酸多态性(Single Nucleotide Polymorphisms,SNPs)或基因。方法:研究对象为选自青岛市双生子登记系统的成年双生子,均签署知情同意书。运用半自动生化仪检测FPG水平。卵型鉴定通过性别、ABO血型以及微卫星DNA基因扫描与分型技术来鉴定。采用Illumina公司的Infinium Omni2.5Exome-8v1.2芯片进行基因分型。采用IMPUTE2进行基因型填补。采用Mx软件构建结构方程模型,校正年龄、性别和体质指数(Body mass index,BMI)后进行模型拟合分析,计算FPG的遗传度。在GWAS,以SNPs为基础的分析中,与FPG水平有关的SNPs位点使用GEMMA(Genome-wide Efficient Mixed Model Association)进行分析;以基因为基础的分析中,用VEGAS2(Versatile Gene-based Association Study-2)进行分析;在通路富集分析中,用PASCAL(Pathway enrichment analysis)进行分析。结果:在遗传度分析中,一共有382对双生子。其中,139对异卵(Dizygotic,DZ)双生子用于GWAS研究。GWAS研究的FPG范围为3.50-21.10 mmol/L,中位数为5.14mmol/L,四分位数间距为4.60-5.90 mmol/L。研究结果显示,在调整年龄、性别和BMI后,同卵(Monozygotic,MZ)双生子的组内相关系数(rMZ=0.68)大于2倍的DZ双生子的组内相关系数(rDZ=0.20),所以选择拟合ADE全模型。在比较ADE全模型和其嵌套模型AE后,AE模型是最优模型,FPG的遗传度为67.66%(95%CI:60.50%-73.62%)。在经过严格的质量控制后,本研究一共包含1,365,181个分型SNPs位点。在以SNPs为基础的分析中,Q-Q图表明没有可能的人群分层现象。曼哈顿图表明没有SNPs位点超过显著性水平(P<5×10-8),但是发现了28个可疑SNPs位点(P<1×10-5),包括rs10931893、rs295134、rs4516415、rs295114、rs1900706、rs159320和rs11691757等,并分别有17、1、4、1、4和1个SNPs位点位于2号、5号、6号、8号、10号和13号染色体上。其中,P值最小的SNP位点为位于精子发生相关富含丝氨酸样2(Spermatogenesis associated serine rich 2 like,SPATS2L)基因2q33.1区域的rs10931893位点(P=1.53×10-7)。以1000 Genomes Project Phase 3为参考面板对未分型SNPs位点进行填补,一共有7,405,822个SNPs位点用于探索与FPG水平的关系。结果显示,位于SPATS2L基因的rs60106404位点(P=2.38×10-8)超过了显著性水平。而且,有rs60106404、rs295119、rs10931893、rs295134、rs1369842、rs4673814和rs10804097等216个SNPs位点超过了有建议意义关联水平(P<1×10-5)。以基因为基础的分析中发现1,007个有意义的基因,包括SPATS2L、腺苷酸环化酶5(Adenylate cyclase 5,ADCY5)、钾双孔通道亚家族K成员5(Potassium two pore domain channel subfamily K member 5,KCNK5)、枯草杆菌素/克新1型前蛋白转换酶(Proprotein convertase subtilisin/kexin type 1,PCSK1)、移位蛋白(Translocator protein,TSPO)、酪氨酸磷酸酶A型受体(Protein tyrosine phosphatase,receptor type A,PTPRA)和SET结构域7(SET domain containing 7,histone lysine methyltransferase,SETD7)等。其中,SPATS2L、KCNK5和Arf-GAP与Rho-GAP结构域、锚蛋白重复和PH结构域3(ArfGAP with RhoGAP domain,ankyrin repeat and PH domain 3,ARAP3)基因与以SNPs为基础的分析结果一致。在通路富集分析中发现719条生物通路与FPG水平有关,主要包括β-丙氨酸代谢、胰岛素分泌的调节、胰高血糖素信号传导、白介素1受体途径、血小板衍生生长因子信号途径、味觉传导、磷酸肌醇在细胞质膜的合成、半胱氨酸和蛋氨酸代谢、磷酸肌醇代谢、成纤维细胞生长因子受体信号通路、嗅觉传导和转化生长因子β受体复合物信号通路等。结论:在青岛市人群中,FPG的遗传度较高。而且,一些功能基因如SPATS2L、KCNK5、ADCY5和PCSK1等,和生物通路如β-丙氨酸代谢、胰岛素分泌的调节、胰高血糖素信号传导、白介素1受体途径等都与FPG水平有关。因此,本研究为进一步探讨遗传因素对血糖的影响程度提供了重要的线索。
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