《Ophthalmology Science》：Plasma proteomics identifies proteins and pathways associated with cataract: a prospective cohort study
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摘要
背景：了解白内障发生前的蛋白质组学变化可为疾病机制提供关键见解，并揭示新的干预靶点。本研究旨在系统鉴定与白内障发生相关的血浆蛋白质，并探索其潜在的因果关系。
方法：在这项对49，581名基线时无白内障的英国生物样本库（UK Biobank）参与者的前瞻性
摘要
背景：了解白内障发生前的蛋白质组学变化可为疾病机制提供关键见解，并揭示新的干预靶点。本研究旨在系统鉴定与白内障发生相关的血浆蛋白质，并探索其潜在的因果关系。
方法：在这项对49，581名基线时无白内障的英国生物样本库（UK Biobank）参与者的前瞻性分析中，在中位14.05年的随访期间，有6，199名参与者发展为白内障。研究人员采用Cox比例风险模型评估2，920种血浆蛋白质与白内障风险的关联，随后采用孟德尔随机化（MR）评估因果关系。通过共定位分析检验所鉴定的蛋白质-白内障关联是否共享因果遗传变异。
结果：在分析的2，920种血浆蛋白质中，58种显示出与白内障风险的显著关联（P < 1.71×10-5，Bonferroni校正阈值）。β-晶状体蛋白B2 (CRYBB2)显示出最强关联（风险比：1.60；95%置信区间：1.55-1.66，P = 5.28×10-164）。MR分析提供了支持四种蛋白质（CRYBB2、VSIG4、MVK和TIMP1）与白内障存在因果关系的证据，其中遗传预测的CRYBB2水平与白内障风险呈显著关联，并得到共定位证据的强烈支持。功能富集分析揭示了与免疫激活、细胞命运决定和结构重塑相关的生物学通路参与白内障发生。
结论：本研究鉴定了与偶发性白内障相关的独特血浆蛋白质组学特征，为白内障发病机制提供了新的见解，并强调了早期检测和治疗开发的潜在靶点。
以下是根据论文内容撰写的解读文章：
**论文解读：血浆蛋白质组学揭示与白内障相关的蛋白质和通路**
**研究背景、现存问题与研究目的**
白内障是全球范围内导致视力损害和失明的主要原因，随着人口老龄化，其患病率预计将大幅增加。尽管高龄、糖尿病和紫外线暴露等已知危险因素提供了重要的流行病学见解，但驱动白内障发生（cataractogenesis）的基本分子机制仍未完全阐明。蛋白质是基因组信息的功能输出和细胞表型的主要决定因素，因此，系统的蛋白质组学表征为阐明疾病病理生理学提供了直接机制性见解的机会。
先前探索白内障蛋白质组学景观的研究，其焦点主要集中在晶状体蛋白（crystallin proteins）上，而晶状体蛋白是晶状体中最丰富的蛋白质组成分。此外，大多数研究依赖于晶状体组织或人房水（human aqueous humor）的分析。尽管这些眼内样本提供了有价值的局部信息，但其侵入性的采集程序限制了大样本前瞻性研究的可行性。相比之下，血浆代表了一种有前景的替代基质，能够捕获局部和外周的病理信号。重要的是，新出现的证据表明，包括晶状体蛋白在内的晶状体源性蛋白质在循环血液中可被检测到，这支持了使用血浆蛋白质组学来深入了解晶状体生理和病理的可行性。此外，大多数现有研究受限于横断面设计、样本量小、蛋白质组覆盖范围有限以及缺乏伴随的遗传数据来评估所观察到关联的因果相关性。
为填补这些研究空白，研究人员对来自英国生物样本库（UK Biobank）的49，581名参与者的大规模前瞻性队列，进行了观察性和遗传数据的整合分析，以评估血浆蛋白水平与偶发性白内障之间的关联。该研究旨在：(1) 识别与长期发生白内障风险相关的血浆蛋白；(2) 利用来自英国生物样本库药物蛋白质组学项目（UKB-PPP）的顺式蛋白质数量性状位点（cis-pQTLs）进行双样本孟德尔随机化（MR）评估这些蛋白的潜在因果相关性；以及(3) 通过对白内相关蛋白进行功能富集分析，探索其潜在的生物学通路和调控网络。
**主要关键技术与方法**
研究人员使用来自UK Biobank的49，581名参与者队列（基于血浆蛋白质组测量数据、完整协变量数据且基线无白内障诊断）。采用基于抗体的Olink Explore?临近延伸分析技术进行血浆蛋白定量。通过Cox比例风险模型评估2，920种血浆蛋白与偶发性白内障的关联，并调整了多种协变量。利用来自UKB-PPP的cis-pQTLs作为遗传工具，进行双样本孟德尔随机化（MR）分析以推断因果关系。采用贝叶斯共定位分析评估MR结果是否受连锁不平衡（LD）混淆。通过Metascape平台进行基因本体论（GO）和京都基因与基因组百科全书（KEGG）通路富集分析，并利用TRRUST数据库分析上游转录因子（TFs）。
**研究结果**
**参与者特征**
共纳入49，581名参与者。在中位14.05年的随访期间，鉴定出6，199例偶发性白内障病例。与未患白内障者相比，发展为白内障的参与者年龄显著更大，糖尿病和高血压患病率更高（均P < 0.001）。性别、体重指数（BMI）、吸烟状况和饮酒频率的分布在两组间也存在显著差异。
**鉴定与偶发性白内障相关的蛋白质**
在分析的2，920种血浆蛋白中，经多重比较校正后，58种显示出与偶发性白内障的显著关联。其中，52种蛋白与白内障风险增加呈正相关，而6种显示出保护性关联。观察到的最显著关联是CRYBB2（HR = 1.60；P = 5.28×10
-164）。其他前几位显著相关的蛋白包括GDF15、WFDC2、CHI3L1和IL15。显示保护效应的蛋白包括ADAMTS8和WFIKKN1。敏感性分析（限制于接受白内障手术的病例，或排除随访前两年内发病的病例）结果与主要分析保持一致。
**孟德尔随机化和共定位分析**
双样本MR分析评估了58种显著蛋白对白内障的潜在因果效应。鉴定出四种蛋白与白内障存在统计学上显著的因果关系：CRYBB2、VSIG4和MVK与白内障风险增加相关（OR > 1），而TIMP1与风险降低相关（OR < 1）。水平多效性检验和留一法敏感性分析支持了结果的稳健性。共定位分析为CRYBB2提供了强有力的共定位证据（PPH4 = 98.74%），表明同一致病遗传变异可能同时影响其血浆水平与白内障风险，而其他蛋白未发现共定位支持。
**白内相关蛋白的生物学功能**
功能富集分析揭示了与编码白内障相关蛋白的基因相关的生物学过程，显著富集于“对细胞因子的反应”、“死亡受体活性”的分子功能，以及“胶原代谢过程”等组织重塑相关生物学过程。KEGG通路分析显示了“细胞因子-细胞因子受体相互作用通路”的显著参与。转录因子富集分析识别出32个可能调控相关基因表达的潜在TFs，其中排名前五的为Jun、Sp1、Sp3、STAT3和RelA。
**总结与结论**
**讨论部分总结**
这项大规模蛋白质组范围关联研究鉴定出58种与偶发性白内障风险显著相关的血浆蛋白。MR分析进一步支持其中四种蛋白（CRYBB2、VSIG4、MVK和TIMP1）在白内障发生中的因果作用。后续共定位分析表明，遗传预测的较高CRYBB2水平与增加的白内障风险相关。总体而言，这些发现凸显了蛋白质组学生物标志物在减轻白内障发生方面的潜在价值，为更个性化和有效的治疗干预提供了有希望的方向。
研究结果与现有临床和实验证据一致。例如，GDF15的不利关联与其已知的年龄相关上调和晶状体上皮细胞中UVB诱导表达一致，而升高的IL-15水平则强化了炎性细胞因子在白内障发展中的作用。新发现的候选蛋白包括CHI3L1和WFDC2。此外，分析揭示了ADAMTS8和WFIKKN1等几种新型蛋白的保护性关联。
更重要的是，该研究提供了趋同的观察性和遗传学证据，确立了CRYBB2作为白内障发病因果因素的地位。CRYBB2是脊椎动物晶状体中最丰富和稳定的可溶性蛋白之一，对维持晶状体透明度和结构完整性至关重要。研究发现CRYBB2丰度的定量变异（而不仅是先前已知的先天性白内障中的基因突变）也促成白内障发展，提示针对CRYBB2稳定性的治疗策略可能是降低白内障风险的有前景方法。
MR分析还鉴定了三种新型蛋白生物标志物：VSIG4、MVK和TIMP1。VSIG4是一种在组织驻留巨噬细胞中高表达的B7家族蛋白，作为补体受体并负性调节T细胞效应反应，其与白内障的关联提示免疫调节和补体通路失调在白内障发生中可能起先前未被认识到的作用。MVK催化胆固醇和类异戊二烯生物合成途径中甲羟戊酸的磷酸化，首次提供了MVK参与白内障风险的证据，暗示胆固醇稳态在晶状体病理中的作用。TIMP1是基质金属蛋白酶（MMPs）的抑制剂，与细胞外基质维持和重塑相关，其与白内障的关联在该分析中独特地显现。
功能分析揭示了免疫激活、细胞命运决定和结构重塑等生物学过程的显著富集，以及细胞因子-细胞因子受体相互作用通路的参与，与所鉴定蛋白（如VSIG4）的免疫调节功能一致，证实了失调的免疫信号和炎症反应参与白内障发病机制。鉴定出的转录因子（如Jun、Sp1、Sp3、STAT3、RelA）调控炎症反应、细胞分化和应激适应等过程，为观察到的蛋白变化提供了合理的上游调控机制。
**研究结论**
总之，这项大规模蛋白质组学研究鉴定了一系列与白内障风险相关的血浆蛋白。观察性和遗传学证据的整合证实了几个新的生物标志物，包括VSIG4、MVK和TIMP1，提示了它们在白内障发展中先前未被认识到的作用。这些发现增进了对白内障发生分子机制的理解，并强调了进一步研究这些蛋白生物标志物治疗潜力的有前景方向。该论文发表在《Ophthalmology Science》。
