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SIX1/SIX6多态性在不同年龄人群中的区域性视网膜神经纤维层变化

期刊:Scientific ReportsDOI:10.1038/s41598-020-69524-8

本研究的主要作者为Jason Charng、Mark Simcoe、Paul G. Sanfilippo、R. Rand Allingham、Alex W. Hewitt、Chris J. Hammond、David A. Mackey及通讯作者Seyhan Yazar,分别来自澳大利亚西澳大学眼科与视觉科学中心(Centre for Ophthalmology and Visual Science, University of Western Australia)、伦敦国王学院双胞胎研究与遗传流行病学系(Department of Twin Research and Genetic Epidemiology, King’s College London)、墨尔本大学澳大利亚眼科研究中心(Centre for Eye Research Australia, University of Melbourne)等多个研究机构。该研究于2020年发表于Scientific Reports,题为“Age-dependent regional retinal nerve fibre changes in SIX1/SIX6 polymorphism”。

本研究属于眼科遗传学领域,重点关注SIX1/SIX6基因多态性与视网膜神经纤维层(retinal nerve fibre layer, RNFL)厚度之间的关系。已有研究表明,SIX1/SIX6区域的多个遗传变异与原发性开角型青光眼(primary open-angle glaucoma, POAG)易感性显著相关,其中rs10483727和rs33912345是两个关键变异。此前多项研究在平均年龄大于50岁的人群中发现,携带风险等位基因的个体其RNFL厚度显著变薄,但这些研究均未阐明该遗传效应是否在年轻个体中即已存在,以及RNFL变薄是先天发育所致还是随年龄增长而出现的退行性改变。为填补这一知识空白,本研究设计了两组祖先背景相似但年龄差异显著的成人队列进行比较,以探讨年龄对SIX1/SIX6多态性相关RNFL变化的影响。

研究的工作流程主要分为三个步骤:研究对象的纳入与特征描述、基因分型与RNFL测量、以及统计建模分析。研究共纳入2541名具有完整RNFL和基因型数据的个体,其中943名来自澳大利亚Raine Study Gen2(RS Gen2)年轻队列,1598名来自英国TwinsUK成人双胞胎登记队列。RS Gen2队列平均年龄20.0岁(范围18.3至22.1岁),女性占52%;TwinsUK队列平均年龄62.6岁(范围21.7至89.7岁),女性占91%。RS Gen2队列中没有青光眼病例或疑似病例,而TwinsUK队列中自报青光眼患病率为1.5%。两个队列的基因型分布相似:rs33912345在RS Gen2中的C等位基因频率为39.4%,基因型A/A、A/C、C/C的比例分别为35.8%、49.4%和14.7%;rs10483727的C/C、C/T、T/T基因型比例分别为35.4%、50.7%和13.9%。RS Gen2使用Spectralis光学相干断层扫描(optical coherence tomography, OCT)进行视盘周围RNFL测量,采用3.5 mm直径环形扫描,自动计算整体及四个象限(上方、下方、颞侧、鼻侧)的RNFL厚度;TwinsUK则使用Optovue iVue SD-OCT,以4.9 mm直径环形扫描获取相同参数。两队列的基因分型分别采用Illumina Human 660W-Quad BeadChip以及HumanHap300与HumanHap610q芯片组合,并经过标准质量控制。基因型与RNFL关联分析采用加性遗传模型,将风险等位基因拷贝数编码为0、1、2,并纳入年龄、性别、球镜当量、主成分以及TwinsUK中的亲缘关系作为协变量,使用线性回归和混合模型(GEMMA软件)进行统计检验。

研究结果显示,在年轻RS Gen2队列中,rs33912345和rs10483727的任何基因型在整体及四个象限RNFL厚度上均无显著差异,单因素方差分析p值范围为0.24至0.90,表明风险等位基因在年轻成人中尚未对RNFL厚度产生显著影响。在老年TwinsUK队列中,整体RNFL厚度同样未出现显著差异,但出现了与既往研究不同的区域特异性变化:对于rs33912345,携带C风险等位基因每增加一个拷贝,颞侧RNFL厚度显著减少(β = −0.73 μm,p = 0.041),而鼻侧RNFL厚度反而显著增加(β = +1.02 μm,p = 0.031);对于rs10483727,鼻侧RNFL厚度随T风险等位基因拷贝数增加而显著增厚(β = +0.99 μm,p = 0.035),颞侧则接近显著变薄(β = −0.67 μm,p = 0.057)。基因型分组数据也呈现类似趋势:TwinsUK中rs33912345的各基因型鼻侧平均厚度分别为A/A 74.8 μm、A/C 76.1 μm、C/C 76.9 μm(p = 0.061),颞侧为A/A 72.8 μm、A/C 72.0 μm、C/C 71.2 μm(p = 0.063),虽未达到显著水平,但方向与回归模型一致。这些结果表明,SIX1/SIX6风险等位基因对RNFL厚度的影响并非在出生时或青年期即已显现,而是随着年龄增长在成年后期逐渐产生作用,支持了“后天退行加速”而非“先天发育不足”的假说。

本研究结论指出,SIX1/SIX6基因变异(rs33912345和rs10483727)在年轻成人中对视盘周围RNFL厚度无显著影响,但在具有相似欧洲祖先背景的老年人群中表现出区域特异性的RNFL改变,尤其是颞侧变薄趋势。这提示SIX1/SIX6基因变异的作用具有年龄依赖性,可能在成年后期才开始发挥效应。该研究的重要科学价值在于首次通过两个年龄差异显著、祖先背景相似的大样本成人队列直接比较,为SIX1/SIX6相关RNFL变化的时间窗口提供了证据。其应用价值在于提示在考虑青光眼遗传风险筛查时,年龄是一个重要的效应修饰因素,并可能为未来确定青光眼筛查的最佳年龄提供参考。此外,研究报道了两个不同年龄大样本人群的RNFL正常参考值,为后续研究提供了基础数据。

本研究的亮点包括以下几个方面。首先,研究设计独特,采用两个年龄差距超过40岁但祖先背景相近的大样本人群,使得年龄因素对遗传效应的修饰作用能够被直接考察。其次,研究发现老年队列中鼻侧RNFL随风险等位基因反而增厚,这一非典型结果虽然目前缺乏令人满意的解释,但可能部分归因于鼻侧RNFL测量变异性较高,同时也提示不同人群的等位基因频率差异可能影响区域RNFL表型。第三,研究指出既往不同种族研究在SIX1/SIX6相关RNFL区域变薄位置上的不一致结果,并推测基因型分布差异可能是重要原因之一。例如,新加坡华人研究中rs33912345的C/C基因型比例高达63.9%,而TwinsUK中仅为17.5%,这一频率差异可能解释为何新加坡研究观察到整体RNFL显著变薄而本研究未观察到整体变化。研究还指出了横断面设计的局限性,并呼吁开展纵向研究以确定风险等位基因携带者RNFL厚度开始偏离正常的确切年龄范围,从而为青光眼发病机制研究和筛查策略制定提供更明确的依据。

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