2025年2月22日

理化研究所

日本医科大学

静冈县立综合医院

静冈县立大学

日本最大级别的体细胞马赛克与类风湿关节炎相关性分析

-鉴定y染色体丢失镶嵌物作为老年类风湿关节炎的风险因素-

理化学研究所(理研)生命医科学研究中心基因组分析应用研究小组组长寺尾知可史(静冈县立综合医院临床研究部免疫研究部长、静冈县立大学药学部基因组病情分析领域特任教授)、内山竣介研修生(日本医科大学研究生院医学研究科过敏胶原病内科学领域研究生)、 日本医科大学研究生院医学研究科·过敏胶原病内科学领域的桑名正隆教授等人的国际共同研究小组，从系统性自身免疫性疾病类风湿关节炎( RA ) [1]的外周血DNA中鉴定出后天DNA变异体细胞镶嵌物[2]，发现体细胞镶嵌物是老年类风湿关节炎( LORA ) [3]的风险因子。

除了阐明LORA的病情外，本研究成果还有望对阐明自身免疫疾病的性别差异免疫衰老机制做出贡献。

LORA随着老龄化而增加，但详细的发病因素尚不清楚。 此次，国际共同研究小组从生物银行日本( BBJ ) [4]的注册者约18万人和日本的RA前瞻性队列[5] Iorra [5]的RA患者约2，400人的外周血DNA中鉴定出了体细胞马赛克。 LORA与幼年类风湿性关节炎( YORA )的临床特征不同，尤其是男性的性染色体——失去y染色体的细胞在血液中增加的现象( mLOY )，有助于LORA风险的上升，而这一点已经明确。 此外，还发现在LORA中，mLOY与遗传因素多基因风险评分( PRS ) [6]相互作用，与LORA风险的上升相关。

本研究刊登在科学杂志《Annals of the Rheumatic Diseases》在线版( 2月21日)上。

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老年发病类风湿关节炎发病机制研究综述

背景

类风湿性关节炎( RA )是以自身抗体产生为特征的自身免疫性的破坏性关节炎，一般认为发病受遗传因素和环境因素的影响。 近年来，特别是在日本，随着人口的老龄化，高龄发病RA(LORA )有所增加。 LORA与幼年发病的RA(YORA )相比，具有男性比例多、肩膀和膝盖等大关节患病多、类风湿因子和对RA特异性高的抗CCP抗体等自身抗体[7]阳性率低等不同的临床特点。 因此，LORA可能与YORA不同的遗传因素和环境因素参与发病，但详细情况尚不清楚。

“体细胞马赛克”是后天有DNA变异的细胞和没有变异的细胞混合存在的状态。 体细胞镶嵌不仅发生在常染色体上的常染色体镶嵌，也发生在性染色体上，分为只发生在男性身上的y染色体缺失镶嵌( mLOY )和只发生在女性身上的x染色体缺失镶嵌( mLOX )。

近年来，常染色体和性染色体上产生的体细胞马赛克在健康者中随着年龄的增长而增加，被指出与血液恶性肿瘤和老年性疾病发病风险有关联。 随着年龄的增长而增加的体细胞马赛克，通过改变免疫细胞的功能被认为有可能与自身免疫疾病的发病相关，但在RA患者群体中有无关联尚未得到验证。 因此，提出了随着年龄的增长而增加的自身免疫疾病LORA和体细胞马赛克有关联的假说，决定调查其关联性。 从含有日本人最大规模RA的DNA微阵列[8]的数据中鉴定体细胞镶嵌，按RA发病年龄细分解析与RA的关联，被认为对于RA (特别是LORA )的病情解释很有意义。

研究方法和成果

国际共同研究小组分析了生物银行日本( BBJ )的注册者约18万人和日本最大规模的RA前瞻性队列IORRA的RA患者约2,400人的DNA微阵列的数据，鉴定了体细胞马赛克。 以非RA为控制样本(对照组)，采用两个独立的日本数据集( Set1、Set2 )，在进行调整各自年龄影响的逻辑回归分析[9]的基础上，进行了元分析[10]。 结果，mLOY使LORA的风险上升，而YORA的风险降低了(图1左右上段)。 另一方面，常染色体镶嵌和mLOX在RA及其子集( LORA，YORA )上一贯表现出风险降低(图1左右中段左右下段)。 这些关联在调整作为体细胞马赛克风险的吸烟史和吸烟年数的影响时也发现了同样的倾向。

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图1 Y染色体丢失镶嵌在老年发病RA中的正相关

以非RA为对照组，两个独立的日本数据集( set1:ra2，107人，非ra86，998人)。 set2: ra2，359人，非ra86，998人。 )，在分别进行调整年龄的逻辑回归分析的基础上，进行了元分析。 高龄发病RA(LORA )患者1，008人，幼年发病RA(YORA )患者3，458人，对照组173，996人。 左图显示不同年龄的体细胞镶嵌保有比例( y染色体缺失镶嵌( mLOY ) :上段，x染色体缺失镶嵌( mLOX ) :中段，常染色体镶嵌:下段)，右图为各自对应的meta分析结果。

(左右上段) meta分析的结果，mLOY使LORA的风险上升(相对于基准值，表示发病风险上升几倍的赔率比( OR )为1.43，p值为0.0070，显着概率: <0.05/3=0.016，相对于基准值

(左右中段左右下段) mLOX、常染色体镶嵌在RA及其子集( YORA、LORA )与对照组比较，风险明显降低。

然后使用男性RA和对照组，通过调整了已知的RA发病风险因素遗传因素和环境因素之一的吸烟影响的逻辑回归分析，对RA和mLOY的关联进行了评价，并进行了元分析。 作为遗传因素，使用了全基因组关联分析( GWAS ) [11]中的效应量[12]和基因型计算得分化的多基因风险得分( PRS )。 结果表明，PRS的效应量在LORA中低于YORA (图2A )。 另外，mLOY在调整PRS和吸烟史的影响的基础上，也会使LORA的风险上升，而YORA的风险会降低(图2B )。 这表明，除遗传因素外，环境因素mLOY对RA病情形成的作用在RA子集之间( LORA，YORA )也不同。

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图2 LORA和YORA中PRS和mLOY的效应量的差异

meta分析结果显示，转基因风险评分( PRS )的效应量在老年发病RA(LORA )中低于幼年发病RA(YORA ) ( a )。 另外，mLOY使LORA的风险上升了，相对于此，降低了YORA的风险( b )。

对于在有无mLOY的基础上，再加上mLOY的细胞分级( CF ) [13]大于5%的组的3组，我们详细调查了mLOY的比例和PRS的相互作用对LORA和YORA的影响。

结果，在LORA中，低PRS组和高PRS组均发现mLOY阳性且依赖CF，存在高风险(图3A )。 另外，其风险上升程度在低PRS组中依赖于CF呈线性增加，而在高PRS组中则更为急剧且呈非线性(图3A )。 这表明在LORA中可能存在mLOY和PRS的相互作用。 相比之下，在YORA高PRS组风险较高，但发现mLOY阳性且依赖CF风险降低(图3B )。 另外，进一步的分析结果表明，在LORA中发现了CF较高的mLOY和PRS的加性相互作用[14]，而在YORA中两者被证明为独立的因子。 这些结果在调整吸烟史和吸烟数量的影响的基础上也发现了同样的倾向。 这些表明，mLOY与PRS相互作用，使LORA的风险上升，而在YORA中，mLOY独立于PRS，使风险降低，有明显的区别。

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图3 PRS与mLOY相互作用的分析

将男性RA和对照组按PRS和mLOY状态共分为6组。 PRS由两组数据组RA患者PRS的分布定义，分为两组( < 25% )和两组(≥25 % )。 另外，在有无mLOY的基础上，加入mLOY的细胞成分( CF )大于5%的组细分为3组( a和b的纵轴)。 最终，以PRS较低且mLOY阴性者为对照组，计算各组老年发病RA(LORA )、幼年发病RA(YORA )的风险。

( a )在LORA中，PRS较低组和较高组mLOY阳性且依赖细胞分级发现风险升高。 与低PRS组相比，高PRS组依赖mLOY-CF的风险急剧上升提示PRS与mLOY相互作用。

( b )在YORA风险依赖于mLOY-CF降低了。

今后的期待

可以说，mLOY与遗传因素相互作用，被鉴定为LORA的后天风险因子，明确了与YORA的明确差异，是本研究的最大成果，同时也是与今后阐明RA (特别是LORA )的病情和免疫老化机制的研究相关的发现 另外，LORA男性患病较多这一点，可能可以通过mLOY是男性独有的体细胞马赛克来部分解释，mLOY有望为阐明RA的性别差异做出贡献。

补充说明

1 .类风湿性关节炎( RA )

是在手和脚等关节引起炎症的全身性自身免疫性疾病之一。 一般来说，发病因素除遗传因素外，还有吸烟和牙周病等环境因素。 炎症持续会导致关节变形，因此早期诊断、早期治疗干预是可取的。 RA是Rheumatoid Arthritis的缩写。

2 .体细胞镶嵌

由于体细胞发生后天的DNA变异，有变异的细胞和无变异的细胞混合的状态叫做“体细胞马赛克”。 以前已知在造血器官肿瘤中发现，但近年来在健康人中男性中也较多，已知随着年龄增加而增加。

3 .老年类风湿性关节炎( LORA )

RA中，60岁以上发病的RA。 LORA近年来随着人口的老龄化，特别是在日本有所增加。 LORA与青年型病例相比，具有男性患病多、急性发病、肩部、膝盖等大关节患病多的临床特点。

4 .生物银行日本( BBJ )

设在东京大学医科学研究所内的以27万日本人为对象的生物试样的生物银行。 拥有理化学研究所通过实验获得的约20万人的基因组数据。 通过定制医疗的实现程序实施，将基因组DNA和血清样本与临床信息一起收集，向研究者提供数据和分拨。

5 .前瞻性队列，IORRA

前瞻性队列是指在一定期间内追踪某个特定群体(队列)，观察疾病的发病、发展、治疗效果等的研究方法。 IORRA是日本首次在风湿性疾病领域开始的，东京女子医科大学风湿胶原病痛风中心的RA前瞻性大规模队列研究。 除了RA的临床信息之外，还拥有基因组DNA和血清信息。

6 .多基因风险评分( PRS )

存在于基因上的单核苷酸的差异(多态性)称为SNP，已知与疾病和性状相关。 这是对每个人计算出各SNP的相关分析中的效应量和基因型相乘后的总和的得分，表示特定疾病的发病容易程度。 这次的例子表明RA的PRS越高，遗传上越容易变成RA。 PRS是Polygenic Risk Score的缩写。

7 .自身抗体

抗体是主要以排除细菌和病毒等外来异物(抗原)为目的而产生的蛋白质，也用于疫苗和疾病的治疗。 但是，有时会产生将自己身体来源的物质作为异物识别的抗体，这被称为自身抗体。 自身抗体在以类风湿性关节炎为首的各种自身免疫性疾病中被发现，用于诊断和治疗过程的监测。

8.DNA微阵列

用于在基板上高密度地配置搭载有与遗传多态性(主要是SNP )互补的探针的珠子，检测数十万~数百万遗传多态性的分析器具。

9 .逻辑回归分析

这是根据多个说明变量预测特定目标变量的多变量分析之一。 作为目标变量使用2值的结果(在这次的例子中是RA没有)。

10 .元分析

统计方法，将独立进行的多个研究的统计分析结果合计起来。 具有提高统计学检测能力的优点。

11 .全基因组相关分析( GWAS )

在全部基因组中全面分析有无疾病、临床检查值和SNP的统计学方法。 因为是不以特定的基因和基因上存在的单核苷酸的差异(多态性)为对象的无偏差的方法，所以可以鉴定新的关联。 GWAS是Genome-Wide Association Study的缩写。

12 .效果量

相对于基准，取表示发病风险上升多少倍的赔率比的自然对数称为效应量，通常表示为β，在线性回归模型中相当于直线的斜率，斜率越大，风险越高。

13 .细胞分级( CF )

外周血白细胞的整个DNA中存在体细胞马赛克的比例。 CF是Cell Fraction的缩写。

14 .加性相互作用

多个因素一起工作时，比单纯的加法运算效果更大。

国际联合研究组

理化研究所生命医生科学研究中心

基因组分析应用研究小组

队队长寺尾知可史( teradiokashi )

(静冈县立综合医院临床研究部免疫研究部长、静冈县立大学药学部基因组病态分析领域特任教授)

研修生内山竣介

(日本医科大学研究生院医学研究科过敏胶原病内科学领域研究生)

研究员石川优树

农业基因组学研究小组

研究员曳野圭子

日本医科大学研究生院医学研究科过敏胶原病内科学领域

教授桑名正隆

副教授五野贵久

东京女子医科大学

胶原病风湿内科

副教授田中荣一

外聘讲师本田卓

胶原病风湿痛风中心

教授猪狩胜则

东京大学研究生院新领域创建科学研究科医学信息生命专业复杂性状基因组分析领域

教授镰谷洋一郎

哈佛大学遗传学领域

研究员吉奥杰诺韦泽( Giulio Genovese )

研究支援

本研究由日本医疗研究开发机构( AMED )难治性疾病实用化研究事业“单细胞综合基因组学解析阐明的硬皮病病情基础的开发(研究代表者:寺尾知可史JP21ek0109555 )”、该基因组医疗实现生物库利用程序“先天性/后天” 与精神疾病·病态解明相关的研究开发(研究代表者:寺尾知可史，JP21tm0424220 )”、该创新的癌症医疗实用化研究事业“体细胞马赛克的作为癌症发病及预后因子的意义解明的开发(研究代表者:寺尾知可史，JP21ck0106642 )”、 该免疫过敏疾病实用化研究事业“利用先天性和后天的基因组信息和临床信息构建类风湿性关节炎的分层基础(研究代表者:寺尾知可史，JP23ek0410114 )”、该基因组医疗实现生物库应用程序“炎症性关节炎的综合基因组学分析(研究代表者:炎性关节炎 日本学术振兴会( JSPS )科学研究费资助事业基础研究( a )“通过阐明增强子的遗传表达控制进行免疫疾病分析(研究代表者:寺尾知可史，JP20H00462 )”，该活动由武田报彰医学研究资助“通过体细胞镶嵌地图阐明衰老和癌变的基础(研究代表者:寺尾知可史)”进行。

原论文信息

Shunsuke Uchiyama、Yuki Ishikawa、Katsunori Ikari、Suguru Honda、Keiko Hikino、Eiichi Tanaka、Yoichiro Kamatani、Takahisa Gono Masataka Kuwana，Chikashi Terao .， " mosaic loss of chromosome y characterises late-onset rheumatoid arthritis and contrasting associations of polyge NIC risk score based on age age ，Annals of the Rheumatic Diseases，10.1016/j.ard.2025.01.034

主讲人

理化研究所

生命医学科研中心基因组分析应用研究小组

研修生内山竣介

(日本医科大学研究生院医学研究科过敏胶原病内科学领域研究生)

队队长寺尾知可史( teradiokashi )

(静冈县立综合医院临床研究部免疫研究部长、静冈县立大学药学部基因组病态分析领域特任教授)

日本医科大学研究生院医学研究科过敏胶原病内科学领域

教授桑名正隆

内山竣介进修生照片

内山竣介

寺尾知可史队长的照片

寺尾知可史

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