基于心脏灌注PET评估的冠状动脉血流储备全基因组关联研究提示NF-κB通路在冠状动脉微血管疾病中的作用

《Nature Cardiovascular Research》：Genome-wide association study of coronary flow reserve assessed by cardiac perfusion PET suggests a role for NF-κB pathway

　　

摘要：冠状动脉微血管疾病（Coronary Microvascular Disease，CMVD）是缺血性心脏病（Ischemic Heart Disease，IHD）负担的重要构成部分，目前尚缺乏对其发病机制的认识及靶向治疗手段。心脏灌注正电子发射断层扫描（Positron Emission Tomography，PET）可定量评估冠状动脉血流储备（Coronary Flow Reserve，CFR），反映冠状动脉微血管功能。本研究以心脏PET测得的CFR作为CMVD的表型指标，首先检验已报道IHD位点与CFR的关联性，其次开展探索性全基因组关联研究（Genome-Wide Association Study，GWAS）。在241个已知IHD位点中，研究人员发现分别有45个和18个位点与非洲裔（African ancestry）和欧裔（European ancestry）人群中的CFR显著相关。随后研究人员进行GWAS及下游通路分析，发现与CFR相关的位点富集于NF-κB通路，并利用靶向蛋白质组学数据对上述关联予以支持。本研究的多组学分析鉴定了潜在的CMVD相关位点，提示NF-κB通路参与CMVD的发生发展。

论文解读：《Genome-wide association study of coronary flow reserve assessed by cardiac perfusion PET suggests a role for NF-κB pathway in coronary microvascular disease》发表于《Nature Cardiovascular Research》

一、研究背景与概述

冠状动脉微血管疾病（CMVD）占缺血性心脏病（IHD）疾病负担的30%–50%，但其病理生理机制尚未完全阐明，亦缺乏针对性的有效治疗药物。冠状动脉血流储备（CFR）系充血状态下心肌血流量与静息状态下心肌血流量之比值（单位less），由心脏灌注正电子发射断层扫描（PET）定量测得，是评价冠状动脉微血管功能的可靠指标——CFR降低提示存在CMVD且排除心外膜阻塞性冠脉病变。既往候选基因研究曾探讨CMVD的遗传基础，但缺乏无偏倚的全基因组关联分析（GWAS）。已有缺血性心脏病（IHD，含冠心病CAD及CMVD成分）GWAS所识别的241个已知IHD位点为验证其与CMVD的关联提供了基础。本研究利用Penn Medicine BioBank（PMBB）中心脏灌注PET所测CFR表型，整合遗传关联、精细定位（fine-mapping）、转录组范围关联分析（TWAS）、基因集富集分析（GSEA）及血浆蛋白质组学，旨在揭示CMVD的遗传架构并探索其潜在分子通路，最终发现ERC1与CAPN2位点通过NF-κB（Nuclear Factor kappa-light-chain-enhancer of activated B cells）通路影响CMVD，为CMVD的机制研究与治疗靶点开发提供新线索。

二、主要关键技术方法

研究人员纳入Penn Medicine BioBank（PMBB）中接受铷-82（⁸²Rb）心脏灌注PET应激试验且具可用基因型数据的1002例受试者（非西班牙裔欧裔383例，非裔美洲裔573例或遗传相似群体），CFR由Siemens Syngo MBF或Invia Corridor 4DM软件计算。采用REGENIE进行已知241个IHD位点与CFR的靶向关联分析及祖先分层探索性GWAS，协变量含年龄、性别、年龄平方、年龄×性别交互项、前5个主成分及影像分析批次；以PLINK 2.0行meta分析。SNP遗传力以GCTA-GREML估算；精细定位采用PolyFun结合GTEx心脏组织及EpiMap功能注释（后验包含概率PIP＞0.75为阈值）；TWAS采用S-PrediXCan联用MAGNet非衰竭心脏eQTL及GTEx左室/右房组织模型，FDR＜0.05为显著；差异表达与GSEA采用MAGNet非衰竭心脏RNA-seq（n＝122）按基因型分组行DESeq2及Hallmark通路富集；独立造影队列验证ERC1（rs115240131）与CAPN2（rs6700366）与微血管表型（TIMI帧计数TFC）关系；血浆蛋白（含NEMO/IKKγ及IL-1β）以O-link Cardiovascular II panel检测；UKB-PPP蛋白质组GWAS汇总统计检验变异与NF-κB相关蛋白关联（FDR＜0.05）。

三、研究结果

Main——研究队列特征

主要研究队列共1002例（男性515例，女性487例），平均年龄60.6岁，平均体质指数（BMI）34.9 kg m^?2，其中遗传相似非洲裔（AFR）573例、欧裔（EUR）429例。AFR ancestry组CFR高于EUR ancestry组。校正CAD状态后，241个已知IHD位点中AFR组45个、EUR组18个与CFR显著相关（P ≤ 0.0002），包括参与微血管健康/血管新生者如FLT1、VEGFA、KLF4、NOS3、PLG等，部分位点效应方向与CAD GWAS不一致，提示CMVD与CAD虽重叠但是不同病理实体。

Meta-analysis of GWAS

多祖先meta分析发现染色体3上AADAC基因内rs1969348接近全基因组显著性（P＝5.50×10^?8），AADAC调控血管平滑肌细胞迁移与增殖；ADK（rs839696，P＝1.17×10^?6）及TIMD4（P＝8.59×10^?7）邻近变异亦近显著。SNP遗传力在AFR组估为0.46（标准误0.42，P＝0.14），EUR组因样本量不足估计不稳；效能分析显示本研究为假设生成性质。

Fine-mapping and TWAS

以PolyFun精细定位（PIP＞0.75）优先出ERC1内rs115240131及LOC105371755内rs4491579，NDUFA5内rs116069955接近阈值（PIP＝0.749）。TWAS发现AFR男性中PLA2G5显著关联CFR（未校正P＝2.2×10^?8），AFR女性中CAPN2接近显著（未校正P＝6.9×10^?6）。

Phenotypic validation with TFC

ERC1（rs115240131）次要等位基因携带者及CAPN2（rs6700366）GC/CC基因型者CFR升高（提示对CMVD具保护性），且造影证实各基因型间≥50%狭窄阻塞性CAD患病率无差异。独立亚组中ERC1杂合子TIMI帧计数（TFC）更低（血流更快），CAPN2次要等位基因呈相同趋势，验证上述变异关联CMVD微血管表型而非阻塞性CAD。

GSEA and NF-κB pathway

MAGNet心脏组织差异表达联合GSEA显示ERC1与CAPN2变异所对应基因集富集于炎症及NF-κB信号通路（富集得分4.42，P＝0.01及3.94，P＝0.02），ADK作阴性对照无此富集。NF-κB靶基因CXCL10与CXCL11在变异杂合子心脏组织中表达差异具趋势或显著（P＜0.05或P＝0.068）。CAPN2富集于内皮细胞，ERC1表达于内皮及周细胞。

Proteomic analyses

CAPN2变异在AFR人群中与血浆IL-1β水平显著关联（FDR＜0.05）；女性CAPN2 rs6700366 GC/CC基因型血浆NEMO（IKKγ/NEMO，NF-κB必需调节子）水平升高12.3%（P＜0.05），ERC1 rs115240131杂合女性NEMO降低14.4%（P＜0.01），男性无此改变，支持NF-κB通路活性受基因型及性别调节。

Sex-stratified and ancestry-specific effects

性别异质性分析（Cochran's Q，FDR＜0.05）示AFR组316个、EUR组27个变异具显著性别异质性（I²＞40，均值0.99），AFR异质性更强，印证CMVD遗传架构具祖先与性别特异性。

四、讨论与结论翻译

研究人员指出，本研究通过对CFR的行GWAS与靶向IHD位点分析鉴定了CMVD候选位点，精细定位与TWAS将ERC1（rs115240131）及CAPN2（rs6700366）列为风险/保护位点；独立冠脉造影队列确认其与微血管表型而非阻塞性CAD关联；通路分析一致指向NF-κB通路参与，蛋白质组学提示变异特异性NF-κB失调模式。破坏/调节NF-κB信号可能具保护作用，部分通过影响心脏抗血管生成介质CXCL10与CXCL11实现。AADAC达近似全基因组显著（P＝5.50×10^?8），可能通过调控平滑肌表型转换影响微血管功能；PLA2G5亦被TWAS提示。部分IHD位点（如KLF4、VEGFA、FLT1、PLG）与CFR关联而部分呈效应方向背离，支持CMVD与CAD为重叠但不同的病理实体。研究存在样本量有限（属假设生成）、需外部独立复制、CFR源自临床适应征PET引入一定异质性等局限。

结论（翻译）： 本研究利用回顾性电子健康档案（EHR）关联的基因组数据，鉴定了CMVD候选位点并重新评估已有IHD位点之于CMVD的意义，为NF-κB通路参与冠状动脉微血管疾病提供了增强证据。这项工作凸显了整合基因组与蛋白质组学方法在推进冠状动脉微血管生物学认知及指导未来机制与转化研究方面的潜力。