《Neurology》：Identification of Novel Genetic Risk Variants Associated With Early-Onset Ischemic Stroke in Taiwan
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背景与目的：全基因组关联研究（GWASs）已识别出缺血性卒中（IS）的常见遗传风险位点，主要针对55岁以上的欧洲人群。研究人员旨在识别台湾地区与早发性IS（18–54岁）相关的常见和罕见风险变异。方法：利用台湾精准医学计划（TPMI）数据库，在汉族人群中开展早
背景与目的：全基因组关联研究（GWASs）已识别出缺血性卒中（IS）的常见遗传风险位点，主要针对55岁以上的欧洲人群。研究人员旨在识别台湾地区与早发性IS（18–54岁）相关的常见和罕见风险变异。方法：利用台湾精准医学计划（TPMI）数据库，在汉族人群中开展早发性IS和所有IS病例与无卒中对照的GWASs，数据库包含来自16个医疗中心普通门诊的个体。为探索卒中相关变异的功能相关性，研究人员进行了精细定位和连锁不平衡（LD）分析、利用独立IS队列的TOAST病因分类进行表型关联、全表型关联研究（PheWASs）以及通路富集分析。此外，通过对连续的、无关的早发性散发性和/或家族性卒中先证者进行全外显子组测序（WES），研究了罕见致病性变异。结果：研究人员发现一个新的风险位点与早发性IS存在强关联（5,546例病例 vs 143,017例对照；平均年龄：52.7 vs 40.6岁；女性：45.6% vs 58.7%），包括主要单核苷酸多态性（SNP）rs541118668（CYP4F3）（OR 1.69, 95% CI 1.44–1.98; p = 6.86 × 10?11）。在所有IS患者中（21,544例病例 vs 267,198例对照；平均年龄：69.5 vs 53.7岁；女性：43.2% vs 55.5%），该位点及其他6个位点显著关联，包括之前报道的东亚人群中的rs12509595（靠近FGF5）（OR 1.06, 95% CI 1.04–1.08; p = 2.74 × 10?8）。新的SNPs聚集在染色体19p13.12，并且在独立IS队列（n = 716, p < 0.05）中与小血管闭塞（SVO）亚型相关。风险变异的PheWASs显示与脑血管疾病明确相关，与其他疾病无关。富集通路提示CYP4F3参与脂质代谢和炎症反应。此外，研究人员发现180例无关早发性IS先证者中有28例（15.6%；85例散发中16例，87例家族性卒中中12例）携带可能致病性变异，尤其是SVO亚型（NOTCH3, HTRA1, HBB, GJA1和GP1BA）和脑静脉梗死（PROS1和F2）。讨论：研究识别出汉族人群染色体19p13.12上一个新的年龄特异性IS遗传热点。结合亚型特异性罕见致病性变异的富集，这些发现揭示了东亚人群早发性卒中潜在的不同遗传结构。
【研究背景与目的】自2000年以来，早发性缺血性卒中（ischemic stroke, IS，定义为发病年龄小于55岁）的发病率在全球范围内持续上升，成为日益严峻的公共卫生挑战。与老年患者相比，年轻患者的病因更为异质，根据TOAST（急性卒中治疗ORG 10172试验）病因分类，其他确定病因（如动脉夹层、卵圆孔未闭及脑静脉梗死）及不明原因在年轻卒中患者中占主导。早期研究表明，早发性IS的遗传度高于晚发性卒中（0.42 vs 0.34）。然而，目前关于早发性IS的遗传易感位点，尤其在亚洲人群中仍不明确。此前的全基因组关联研究（genome-wide association studies, GWASs）主要针对55岁以上老年欧洲人群，识别了多个常见风险位点，但东亚人群特异性遗传风险因素尚不清楚。此外，基于全外显子组测序（whole-exome sequencing, WES）的罕见致病性变异研究在亚洲早发性IS患者中十分有限。因此，本研究旨在利用台湾大型生物样本库数据，系统鉴定与早发性IS相关的常见及罕见遗传变异，并探索其功能意义及亚型特异性。
【研究人员开展的研究与结论】研究人员利用台湾精准医学计划（Taiwan Precision Medicine Initiative, TPMI）数据库，对汉族人群进行了早发性IS（18–54岁）和所有IS（18–80岁）的GWASs，同时在一个独立IS队列中进行基因型-表型关联分析，并通过WES检测罕见致病性变异，最后进行全表型关联分析（PheWAS）和通路富集分析。研究发现了位于染色体19p13.12上的一个新型年龄特异性IS遗传热点，与早发性IS显著关联，尤其与小血管闭塞（small vessel occlusion, SVO）亚型相关。同时，在28例早发性IS先证者中（15.6%）鉴定出可能致病性变异，以SVO和脑静脉梗死亚型富集最为显著。该研究揭示了东亚人群早发性卒中独特的遗传结构，为精准风险分层和个体化预防提供了重要基础。该论文发表在《Neurology》。
【关键技术与方法】研究采用以下主要技术方法：1）基于TPMI数据库（包含来自16个医疗中心的56万余汉族个体）进行GWASs，使用高密度Axiom SNP芯片进行基因分型，并进行质控、主成分分析和SHAPEIT5/IMPUTE5的基因型填充；2）利用SuSiE和FINEMAP进行精细定位及连锁不平衡分析；3）在独立IS队列（台北荣民总医院，n=716）中，结合完整的临床与脑血管影像资料进行TOAST病因分型，评估风险SNP与亚型的关联；4）通过TPMI PheWeb数据库进行全表型关联分析（PheWAS）；5）对180例无关早发性IS先证者（散发及家族性）进行全外显子组测序（WES），使用240个卒中相关基因面板筛选变异，并根据ACMG指南进行致病性分类。
【研究结果】
**全基因组显著位点**：早发性IS GWAS鉴定出染色体19短臂上3个位点的4个全基因组显著SNPs，包括rs541118668（CYP4F3，细胞色素P450家族4亚家族F成员3）和rs185438795（CYP4F3）、rs187759247（RASAL3，Ras蛋白激活样3）及rs552786035（靠近WIZ，WIZ锌指蛋白）。精细定位优先认定rs541118668（CYP4F3）为推测因果变异。在所有IS GWAS中，共观察到11个位点的76个全基因组显著SNPs，经条件分析和精细定位后确认8个可信集，涵盖7个位点，包括rs552786035（WIZ）、rs187759247（RASAL3）、rs185438795（CYP4F3）、rs143594550（ADGRE3，黏附G蛋白偶联受体E3）、rs534989574（PKN1，蛋白激酶N1）、rs150526231（OR1I1，嗅觉受体家族1亚家族I成员1）及东亚人群中已报道的rs12509595（靠近FGF5，成纤维细胞生长因子5）。其中多数新风险SNP在染色体19p13.12（约14.5 Mb至16.3 Mb）聚集，且次等位基因频率（MAF）较低（0.01–0.05）与较高比值比（OR）相关。Sanger测序验证了基因型填充的准确性。
**风险SNP与所有IS亚型的关联**：在独立IS队列（n=716）中，rs187759247（RASAL3）、rs552786035（WIZ）和rs541118668（CYP4F3）在SVO亚型患者中显著富集（OR分别为2.93、2.72和2.27，p<0.05），提示这些SNPs可能参与小血管和血脑屏障的结构功能完整性。风险SNP携带者表现出更高的家族性卒中比例。
**全表型关联、功能注释和PRS**：PheWAS显示新型风险SNP特异性关联脑血管疾病（如大脑动脉闭塞、梗死、脑出血、血管性帕金森和血管性痴呆），而非其他表型。功能注释提示这些SNP对肾皮质、培养成纤维细胞和皮肤组织中的基因表达有显著调控作用，涉及CYP4F11、ADGRE3和FGF5。基因本体（GO）分析富集了花生四烯酸代谢相关基因（CYP4F3），Reactome通路分析富集了类花生酸代谢（CYP4F3）。多基因风险评分（PRS）的区分能力较弱，与既往研究一致。
**早发性IS中的罕见致病性变异**：在180例先证者中，28例（15.6%）携带致病或可能致病性变异，其中脑静脉窦血栓形成（cerebral venous sinus thrombosis, CVT）亚型检出率最高（60%），其次为SVO（28.6%）。SVO亚型致病性变异包括NOTCH3（6例，其中5例为p.R544C）、GJA1、GP1BA、HBB和HTRA1。其他确定病因亚型中发现了FBN1（4例）、ABCC6、BBS2和PROS1变异。CVT亚型中鉴定出PROS1（2例）和F2变异。另外发现了3个新变异（GP1BA、FBN1和F2），扩展了早发性IS的单基因病因谱。
【讨论与结论】讨论指出，此前多祖先GWAS在早发性IS中发现的10q25和ABO位点在本研究中未得到复制，强调了大规模汉族人群研究和祖先特异性遗传结构的重要性。本研究识别的新风险位点集中在19p13.12，结合WES发现的NOTCH3 p.R544C等罕见变异，表明该区域同时富集常见与罕见风险变异，提供东亚人群卒中易感性的遗传见解。这些位点涉及花生四烯酸代谢（CYP4F3）、转录调控（WIZ）及Ras/Erk信号通路（RASAL3）等生物学通路，与脂质代谢、血管重塑和炎症反应相关。研究还发现，单基因卒中可散发出现，支持对年轻卒中患者进行基因评估。结论部分（翻译）：总之，本研究在大型汉族人群中描绘了IS的常见和罕见遗传贡献因素，尤其关注55岁前的早发性卒中。研究人员发现了一个先前未被识别的、东亚人群富集的易感热点区域——染色体19p13.12，其汇聚信号主要与小血管疾病相关。这些发现揭示了早发性IS独特的遗传结构，将人群特异性常见变异与影响血管完整性的罕见单基因变异联系起来。需要进一步的功能和机制研究来定义因果通路。总体而言，研究结果增进了对汉族人群基因型-表型关系的理解，为早发性卒中的精准风险分层和个体化预防策略提供了基础。
