常见复杂性肾结石疾病的遗传学：来自全基因组关联研究的见解

• Invited Review

• Published: 06 December 2018

Genetics of common complex kidney stone disease: insights from genome-wide association studies

常见复杂性肾结石疾病的遗传学：来自全基因组关联研究的见解

肾结石病是西方国家的一种常见疾病，与医疗保健系统的重大痛苦，发病率和成本有关。许多研究已经证明肾结石的家族聚集，一项双胞胎研究估计遗传率为56%。在过去的十年中，全基因组关联研究已经发现了几种序列变异，这些变异增加了常见复杂肾结石疾病的风险。在冰岛种群的CLDN14位点观察到第一个报告的变异。此后，这一发现在其他人群中得到了复制。CLDN14基因在Henle环的厚上肢的紧密连接处表达，其中蛋白质被认为在调节钙转运中起作用。最近的研究发现了ALPL，SLC34A1，CASR和TRPV5位点的变异，前两个基因在磷酸盐的肾脏处理中起作用，而后两个基因参与钙稳态。虽然遗传数据已经提供了对肾结石疾病分子基础的见解，但关于遗传因素对结石形成的贡献仍有许多需要了解。然而，近年来取得的进展表明，肾结石疾病的基因研究正在走向激动人心的时代。

介绍

肾结石病是一种常见疾病，在美国，约有9%的人在一生中受到影响[1]。一些报告表明，近几十年来，成人和儿童的疾病患病率和发病率均有所上升[1，2，3，4]，尽管这一发现可能部分归因于使用高分辨率腹部影像学检查导致无症状结石检出的增加[5].肾结石疾病的这种增加表明，不断变化的环境因素在结石形成的风险中起着重要作用。5年后估计复发率在30-40%的范围内[6，7]。因此，肾结石疾病与大量发病率相关，对医疗系统来说代价高昂[8]。

超过80%的肾结石由钙盐组成，主要是草酸钙[9，10]。产石盐的尿过饱和度增加是晶体产生和生长背后的驱动力，其原因在于尿中天然结石形成抑制剂（如柠檬酸盐、镁、焦磷酸盐、尿球蛋白和骨桥蛋白）浓度降低[11]。特发性高钙尿症是钙肾结石病最常见的代谢危险因素，其他重要危险因素包括高草酸尿、低枸橼尿和尿量低[12，13]。草酸钙结石形成的发病机制通常被认为涉及基因组成与环境和生活方式因素之间的相互作用。后者包括体型增大、气候变暖和饮食因素，如动物蛋白和盐的摄入增加以及富钙乳制品摄入量减少[13，14]。人类遗传学的最新进展已经导致了肾结石疾病的重大发现，包括单基因疾病的表征和复杂结石疾病中风险等位基因的阐明。

肾结石病的家族聚集性和遗传性

许多研究显示肾结石疾病有很强的家族史，尤其是复发性结石形成者[15，16，17，18，19]。阳性家族史会增加肾结石通过的风险，而与饮食危险因素无关[17]。双胞胎研究表明，肾结石的遗传率为56%[18]，尿钙排泄的遗传率为52%[20]。其他几种尿路结石危险因素似乎也存在强烈的遗传成分，范围为20%-36%[9]。冰岛，一项针对5954例肾结石病患者人群样本的综合分析，与覆盖全国的家谱数据库进行交叉配对，发现结石成因者家庭成员患肾结石的风险显著高于一般人群[19]。在2959例不透射线结石患者中，一级亲属的一级亲属的相对风险（RR）为2.25（<0.001），对于确诊的复发性结石形成者，父母和后代肾结石的RR超过10（p <0.001）。在这项基于家谱的研究中纳入配偶降低了共享环境的影响，为复杂钙肾结石疾病的遗传易感性提供了强有力的证据。

单基因肾结石病

据报道，至少有30种罕见的单基因缺陷可导致肾结石和/或肾钙质沉着症，并加深了我们对导致结石形成的分子途径的理解[21]。有缺陷的基因经常参与肾脏的钙处理，其中许多影响离子通道和膜转运蛋白。据信，单基因疾病仅占成人肾结石的2%，占儿童结石的10%[22]。然而，最近关于美国和欧洲成人和儿童肾结石临床队列高通量突变分析的报告表明，单基因疾病可能比以前认为的更常见，占病例的10-20%[21，23]。尽管孟德尔病似乎比过去认为的要大，但由于缺乏基于人群的数据，孟德尔病似乎可以解释更大比例的结石病遗传性。然而，多基因遗传可能占家族钙结石病的大部分。

复杂肾结石疾病的遗传学：GWAS

由于强烈的家族聚集，二十多年前就开始寻找参与特发性草酸钙肾结石病发病机制的基因。早期的工作涉及候选基因方法或遗传连锁分析。这些研究已经确定了5个候选基因的多态性，这些基因与钙肾结石相关，随后在不同人群中复制[24]。这些基因是CASR，VDR，SPP1，MGP和PLAU，分别编码钙敏感受体（CaSR），维生素D受体，骨桥蛋白，基质玻璃蛋白和尿激酶。

在过去的10-15年中，全基因组关联研究（GWAS）的出现彻底改变了人类遗传研究领域。在GWAS的理论基础建立十年后[25]，HapMap项目表征了人类基因组的连锁不平衡（LD）结构[26]。HapMap项目生成了一个次要等位基因频率（MAF）大于5%的常见变异的目录，这使得人们可以捕获许多人群中大多数常见的基因组变异[26]。这使得SNP阵列的生产成为可能，并标志着2005年GWAS时代的开始。GWAS的实验设计如图1所示。自GWAS引入以来，报告的表型-基因型关联数量呈指数级增长[27]。最初，这些研究仅限于使用SNP阵列直接进行基因分型的常见变异，但后来扩大到包括更多基于基因型插补的变异[26]。插补面板的改进是通过单倍型参考联盟[28]，1000基因组计划[29]，GoNL项目[30]和UK10K单倍型参考小组[31]等努力实现的，允许测试稀有（MAF<0.5%）和低频变异。早期的GWAS基于从HapMap项目[26]中选择的300-60万个常见变体。为了解决多重检测的问题，Bonferroni校正应用于SNP阵列，但在研究之间差异很大[32]。当可以对较大的非类型标记集进行归因时，必须调整统计证据的标准化。常见变异的多重检测负担估计在1000例中，欧洲体面的1000个对照相当于100万个独立检测，相当于5×10的全基因组显著性阈值。− 8 [这一发展导致需要越来越大的样本集来检测全基因组显著性水平的关联。因此，国际财团的成立对全球妇女协会的成功至关重要。GWAS结果在其他人群中的复制也被高度重视，这提高了报告的基因型-表型关联的可信度[34，35]。

图 1

全基因组关联研究（GWAS）实验设计。在GWAS中，比较患有疾病的个体（病例）和未受影响的个体（对照组）之间的等位基因或基因型频率。在图中，与对照组相比，T 变体（红色）在案例中得到了丰富。目前的GWAS以这种方式测试了数千万个序列变体，并且能够在良好的研究中检测到频率的微小差异。GWAS 结果通常显示为“曼哈顿图”，该图在垂直轴上以 − log10 刻度显示显著性水平，与水平轴上序列变体的染色体位置相对。在“曼哈顿图”（如底部所示）中，关联信号通常导致“峰值”，这是由SNP之间的连锁不平衡引起的遗传变异的区域相关性引起的。

在HapMap项目奠定的基础上，1000个基因组计划允许通过插补来测试全基因组测序检测到的变异，从而大大扩展了在GWAS中测试的序列变异的数量，特别是在稀有和低频频谱中[36]。目前，领先的项目定期在其参考集中包括多达3000万个标记物，从而进一步提高了我们研究遗传因子在常见疾病发病机制中的作用的能力[37]。测试序列变异的全谱为GWAS提出了与分析常见变异关联时不同的挑战。与常见变异的GWAS相比，在罕见变异关联研究中，对显著性阈值的选择几乎没有共识。GWAS的共识方法是为所有测试的序列变体分配相等的先验关联概率。然而，一些变异，如编码变异，更有可能影响基因功能，因此更有可能是致病因素。为了解决这个问题，已经提出了显著性阈值的加权调整，以增加检测关联的能力[38，39]。值得注意的是，罕见变异关联的复制可能比低频和常见变异更具挑战性。由于罕见的变体往往是特定于群体的，因此复制集并不总是可用的。

与候选基因方法不同，GWAS的策略是无假设的，因此有助于鉴定参与钙肾结石的新位点。肾结石疾病GWAS的未来工作将涉及在整个频谱上测试数千万个序列变异，因为与全基因组测序相关的成本已迅速下降，现在只是初始费用的一小部分。这种方法与GWAS研究的样本量不断增加相结合，在英国生物银行等举措的推动下，可能会增强我们对肾结石疾病分子发病机制的理解。

GWAS发现的肾结石易感基因

表1概述了已通过GWAS鉴定的与肾结石疾病相关的常见和罕见序列变异。2009年，我们小组在冰岛人口中开展了第一次肾结石病GWAS报告。该研究的设计是一个两阶段GWAS，在冰岛发现集中测试了303，120个变体，其中包括1507个病例和34，033个对照组。据报道，CLDN14位点的四个高度相关的常见变异与肾结石风险增加有关（OR = 1.25，p = 3.4×10− 8对于 rs219780[C]，它将用作其余文本中信号的代表）[40]。该协会在1520例额外的冰岛肾结石病例和4726例对照中复制，在荷兰的746例肾结石病例和3751例对照中复制。rs219780[C]在发现和两个复制集中的综合效应由OR 1.25（p = 4.0 ×10− 12).在确诊钙结石的1492例病例中，rs219780[C]的观察效果稍强（OR = 1.37，p = 4.3 ×10− 10).大约62%的一般人群是纯合子rs219780[C]，与非携带者相比，纯合子携带者的估计基因型OR为1.64。在8450名冰岛人和3601名丹麦女性的样本中，rs219780[C]变体也被发现与髋部（p = 0.00039）和脊柱（p = 0.0077）的骨矿物质密度降低有关。最后，rs219780[C]与血清总一氧化碳的提示性关联2，血清甲状旁腺激素（PTH）和尿钙在一组1026名冰岛人中观察到，他们参加了一项基于人群的骨骼和矿物质健康研究。然而，未观察到风险变异与血清钙、磷酸盐、维生素D或pH值之间存在关联。研究中报道的四种常见CLDN14变体中的两个是同义变体，rs219779（p.Arg81Arg）和rs219780（p.Thr229Thr），位于CLDN14的最后一个也是唯一翻译的外显子中，分别编码claudn-14蛋白的第一个假定细胞外和C端细胞质结构域的序列。这两个同义词变体是否具有任何功能相关性仍然未知。然而，这项工作确定了CLDN14基因，CLDN14基因，该基因是在细胞紧密连接中表达的claudin家族的成员，是肾结石发病机制中的重要基因。

表1 报告的与肾结石疾病相关的序列变异，由GWAS鉴定

Nationality

SNP

Chr

Position (Hg38)

Locus

Tested allele

AF (%)

OR [95% CI]

p value

Cases

Controls

1. The OR for CLDN14 rs199565725 differs from the original report which presented the OR for the minor allele (delAC) AF allele frequency, Chr chromosome, CI confidence intervals, OR odds ratio, SNP single-nucleotide polymorphism

2. *Recurrent kidney stones

3. **Recessive model

冰岛人群中的另一种GWAS在UMO基因中发现了一个变体rs4293393[T]，该变异体在全基因组显著水平上与血清肌酐浓度和慢性肾脏疾病风险增加相关[41]。由于UMD的基因产物，尿嘧啶，被认为可以防止含钙肾结石的形成[42]，因此在3617名患有不透射线结石的冰岛和荷兰患者和43，201名对照组的样本中测试了rs42933393[T]与肾结石的相关性。确实观察到rs4293393[T]与肾结石风险降低之间存在关联（OR = 0.88，p = 5.7×10− 5).

2012年，一项GWAS在日本人群中发现3种与肾结石疾病的新关联[43]。该研究的设计是一个三阶段GWAS，共包括5892例肾结石病例和17，809例对照组。SLC34A1位点的常见变体（rs11746443[A];OR = 1.19，p = 8.5 × 10−12）， AQP1 （rs1000597[C];OR = 1.22， p = 2.2 × 10−14）和 DGKH （rs4142110[C];OR = 1.14，p = 4.6 × 10−9），据报道与钙肾结石有关。变体rs11746443[A]也被证明与估计的肾小球滤过率降低有关（p = 6.54×10−8）在随后对21，842名日本人的分析中，表明这种变异对肾功能的潜在影响。值得注意的是，编码肾II型磷酸钠协同转运蛋白的SLC34A1基因杂合突变已在肾结石、骨脱矿质、低磷血症和尿磷酸盐消耗的罕见病例中报道[44]。

2015年，我们在冰岛人群中进行了第二次肾结石病GWAS。肾结石病例的样本量从先前的研究增加到约5400例[45]。搜索了冰岛所有主要医院和医学影像中心的电子健康记录，以查找国际疾病分类诊断代码，放射学代码和指示肾结石的外科手术代码。这导致自1985年以来冰岛几乎所有已知的肾结石病例的队列。这项研究包括通过对2636名冰岛人进行全基因组测序检测到的插补变异，这些变异允许测试稀有和低频变异。共检测了5419例肾结石病例的2830万个序列变异，包括2172例有复发性肾结石病史的患者和279，870例对照组。在三个位点（CLDN14，SLC34A1和ALPL）的常见变异被发现与全基因组显着性水平的肾结石相关（0.05 / 28.3百万 = 1.8×10− 9），并且在CASR位点处观察到变异的提示性关联。我们小组先前报道的CLDN14位点处共有31个相关变异，达到了全基因组意义，包括六个与复发性肾结石相关的变异。与肾结石相关的最强信号是CLDN14第一内含子中的序列变异，rs199565725[AAC]，与先前报道的变异rs219780[C]相关。ALPL 中的一种错义变异（rs34605986 [A]，p.Val522Ala）也与肾结石有关（OR = 1.19，p = 8.9 × 10− 8).该变异与先导变异 rs1256328 高度相关 （r2 = 0.73）（表 1），并且可能是位点处的致病变异。这种关联在丹麦样本中被复制。

在SLC34A1位点，我们以相似的效应大小复制了先前在亚洲人群中报道的肾结石关联信号。我们数据中最强的标志是rs12654812[A]，这也与血清PTH水平的降低显着相关。位点的条件分析显示，SLC34A1中存在一种罕见的错义变异p.Tyr489Cys，与肾结石疾病、复发性结石形成和PTH水平降低有关。在SLC34A1中鉴定出一种罕见的错义变异，独立于该区域的常见变异，表明SLC34A1是两种信号的致病基因。在编码CaSR的CASR基因（3q13.3-21）的第一个内含子中的变体rs7627468[A]中观察到提示性关联，CaSR是一种G蛋白偶联受体，在近端小管的顶端表面表达，在肾脏控制钙代谢中起关键作用。因此，CASR长期以来一直被认为是肾结石疾病的候选基因。我们还在位点发现了血清钙的不相关信号。有趣的是，对血清钙有强烈影响的序列变异rs73186030与肾结石无关。肾结石变体rs7627468和其他与肾结石相关的相关变体位于CASR的第一个内含子内含子内，其中包含一个调节区域。该区域的变化可能会影响CASR对细胞外钙的反应能力，从而增加肾结石形成的风险。这种观察到的等位基因异质性可能反映了CASR在肾脏和甲状旁腺功能的差异。在我们的研究中，评估了肾结石相关变异与参与磷酸钙代谢，酸碱稳态，嘌呤代谢和肾功能的13种生化性状的相关性。我们检测到ALPL的变异与血清碱性磷酸酶（ALP），SLC34A1与血清PTH，磷酸盐和肌酐的关联，以及CLDN14与血清PTH，镁和钾的相关性。

除了经典的GWAS方法外，我们还使用有关组织特异性基因表达的资源来分析肾脏中表达富集的基因的编码变化[46]。我们在63个基因中测试了总共220个编码变异，这些基因显示肾脏中的组织特异性或富集表达，与肾结石和复发性肾结石表型有关。我们在TRPV5基因中发现了一个罕见的错义变异，p.Leu530Arg（MAF = 0.13%），它与复发性肾结石显着相关（OR = 3.62，p = 4.1×10− 5).该变体位于高度保守的位置（GERP [47] = 5.8），并且通过两种不同的算法（PolyPhen和SIFT）预测具有破坏性。随后，Wang等人证明，p.Leu530Arg错义变体会改变TRPV5的结构和功能，损害钙通过通道的运输[48]。这些发现特别引人注目，因为TRPV5是一种高选择性的上皮钙通道，已被预测在高钙尿症和肾结石的发病机制中发挥作用。在测试隐性模型时，我们能够检测到错义变异的全基因组显着关联（rs104894506[A]，p.Asp65Val;MAF = 1.26%，OR = 31.97，p = 6.83 × 10− 10），此前曾报道在冰岛的隐性遗传模式 （OMIM：614723） 下导致腺嘌呤磷酸核糖基转移酶缺乏症，肾结石是主要临床表现。在研究中，没有其他变异体在隐性模型下显示出与肾结石的全基因组显着关联。这表明了在GWAS中测试替代遗传模型的重要性，以及测试低频变异的力量，该变异有效地模糊了罕见孟德尔病和常见复杂疾病之间的界限。

重要的是，我们能够复制SLC34A1和AQP1位点的变异与Urabe等人报告的肾结石的关联（OR = 1.16-1.21，p <3.3×10− 3).此外，中国最近的一项研究在331例病例和553例对照中复制了ALPL中rs1256328与肾结石的关联（OR = 1.52，p = 0.0009）[49]。图2显示了迄今为止报告的GWAS对肾结石疾病结果的森林地块。应该指出的是，先前被证明与钙肾结石相关的四个候选基因（VDR，SPP1，MGP和PLAU）尚未被GWAS鉴定。

图 2

森林地块证明了迄今为止报道的四项肾结石全基因组关联研究的关联结果。描述了每个报告变体的显著性水平，效应和频率。MAF 次要等位基因频率

GWAS鉴定的基因在肾结石疾病中的推定作用

GWAS在常见复杂性肾结石疾病患者中鉴定的基因或位点为该疾病的发病机制提供了可能的见解。CLDN14、CASR和TRPV5的蛋白质产物在肾脏处理钙中起作用，而ALPL和SLC34A1参与磷酸盐稳态。然而，这些基因在肾结石病理生理学中的确切作用需要进一步研究。例如，尿磷酸盐在岩性发生中的重要性没有得到很好的表征。事实上，以前的工作并没有将尿磷酸盐作为肾结石发病机制的相关因素。相比之下，许多研究，包括单基因疾病的研究，已经表明肾钙稳态异常在结石形成中具有根本性作用。

GWAS研究结果表明，影响肾脏钙和磷酸盐重吸收的基因可能与草酸钙结石风险有关。磷酸钙盐通常在结石中与草酸钙混合。此外，已经提出草酸钙结石是通过 Randall 斑块上的草酸钙聚集体沉淀形成的，这是肾尖端或附近间质组织中的软组织钙化 [ 50 ， 51 ] 。与结石相关的肾磷酸盐处理基因变异可能促进Randall斑块的发育，该斑块主要由羟基磷灰石形式的磷酸钙沉积物组成。

CLDN14基因编码克劳丁-14，属于膜蛋白的克劳迪恩超家族。Claudin-14是一种239个氨基酸蛋白，具有4个跨膜结构域和细胞内N和C端，是上皮紧密连接的重要组成部分[56]。该蛋白质在肾小管上皮，内耳Corti器官和肝脏中表达。在肾脏中，claudin-14主要表达在Henle袢的厚上肢（TAL）中，其中25%的过滤钙通过涉及claudin-14，claudin-16和claudin-19的被动副细胞通路重吸收[57，58]。Claudin-14已被证明会干扰由claudin-16和claudin-19复合物介导的钙转运[57]。claudin-14的表达似乎通过microRNA依赖性机制受到CaSR的调控。Toka及其同事发现，CASR基因的肾脏特异性缺失导致claudin-14基因表达降低，而肾脏中microRNA水平没有变化[59]。膳食钙负荷和细胞外钙浓度通过激活CaSR刺激CLAdin-14的表达，这反过来又可能抑制两种microRNA（miR-9和miR-374）的转录，这两种microRNA与CLDN14的3′-未翻译区域相互作用以抑制claudin-14的表达[60，61]].在转基因大鼠中，PTH抑制了TAL中的claudin-14表达，这似乎是PTH在该肾小管片段中激活钙重吸收的主要途径[62]。遗传变异可能会减弱 claudin-14 活性，并导致 TAL 中细胞旁二价阳离子重吸收增强。

CLDN14突变已在非综合征性常染色体隐性耳聋家族中发现，但迄今为止，尚未在具有此类突变的人类或小鼠中描述肾结石或肾脏疾病。相比之下，与肾结石相关的罕见肾脏疾病常染色体隐性隐性家族性低镁血症伴高钙尿症和肾钙质沉着症是由CLDN16和CLDN19基因突变引起的，两者都在TAL中表达。一项回顾性观察性研究纳入了意大利393例高血压患者，结果显示，CLDN14基因3′区的SNP与24小时尿钙排泄和钙排泄增加有显著相关性[63]。然而，CLDN16和CLDN19 SNP与钙排泄之间或CLDN14，CLDN16和CLDN19 SNP与肾结石之间未观察到关联。

CASR基因编码CaSR，CaSR是一种1，078个氨基酸的膜蛋白，其普遍表达为同源二聚体，包括一个结合细胞外钙离子的大细胞外结构域、一个七层跨结构域和一个与G蛋白和丝蛋白A相互作用以调节细胞功能的C端细胞内结构域[64]。在肾脏中，CASR主要在TAL中表达，它通过增强claudin-14表达和减少clainn-16表达来抑制细胞旁钙的重吸收。在TAL中，钙活化CaSR会降低由Na-K-2Cl共转运蛋白（NKCC2）介导的氯化钠重吸收，从而导致驱动细胞旁钙重吸收的电梯度降低[65]。CaSR还抑制皮质包皱小管中的活性钙重吸收，正如犬肾小管细胞所证明的那样[66]。除钙重吸收外，实验动物的实验表明，CaSR促进集合管中的水排泄和尿液酸化，这分别由抑制对血管加压素的肾小管反应和刺激质子泵活性介导[67，68]。在近端肾小管中，CaSR抑制磷酸盐重吸收，并通过NHE3介导的氢钠反转运促进氢离子分泌[69]。

高选择性上皮钙通道TRPV5一直是几项研究的焦点，这些研究表明其在高钙尿症和肾结石形成中的作用，但候选基因研究迄今未能证明其关联。在我们研究小组的研究中发现，罕见的TRPV5变异p.Leu539Arg（MAF = 0.13%）与复发性肾结石相关，在其他测序人群中基本上不存在，并且位于蛋白质孔隙形成区域中极其保守的位点，强烈表明它是一种因果变异[45]。将正电荷引入TRPV5的疏水性孔形成区域预计将干扰带正电荷的钙离子在通道中的扩散。TRPV5在远端肾小管上皮细胞的顶端膜上表达，介导钙转运，构成活性钙重吸收的限速步骤。Trpv5敲除小鼠和携带Trpv5点突变的小鼠表现出肾脏钙消耗，导致严重的高钙尿[70，71]。脲基调蛋白是人类尿液中最丰富的蛋白质，通过损害卡维林介导的内吞作用来上调TRPV5表达[72]。乌罗莫杜林主要在TAL中合成，其中糖基磷脂酰肌醇锚定在质膜上，并在其C末端裂解后分泌到尿液中[73]。通过TRPV5增加尿嘧啶介导的钙重吸收可能有助于防止肾结石形成。有趣的是，我们小组进行的GWAS结果表明，UMOD变体对含钙肾结石具有保护作用。粘蛋白-1在体外也会增加肾脏TRPV5活性，尿液水平与肾结石钙相关[74]。

ALPL编码一种广泛表达的组织非特异性ALP，包括在肾脏近端小管中[75]。我们对ALPL变异的发现增加了或减少了ALP水平，分别增加了肾结石风险或保护，这表明ALPL在肾结石的发病机制中起作用。当ALP将焦磷酸盐水解成磷酸盐时，与ALP变体相关的结石风险可能由焦磷酸盐（结石形成抑制剂）和肾小管腔中的磷酸盐之间的平衡决定[76]。

SLC34A1是一种磷酸盐转运蛋白，表达于近端肾小管细胞的刷状边界膜中，其中大部分磷酸盐重吸收发生[77]。肾脏是磷酸盐稳态的主要调节器官，血清磷酸盐水平由磷酸盐重吸收的变化维持。与肾结石变异相关的血清 PTH 水平降低可能是由于维持血清磷酸盐水平的负反馈回路导致肾脏重吸收减少导致血清磷酸盐水平降低。

肾结石疾病遗传学研究的未来

迄今为止，GWAS仅鉴定出少数与钙肾结石有关的基因。许多基因中的变异（每个基因的效应大小较小）可能会影响肾结石形成的易感性，并且这些基因的累积效应决定了每个个体的易感性风险。有几个因素可以解释迄今为止GWAS在肾结石疾病中的产量有限。已经进行的研究可能受到样本量不足的限制，导致缺乏检测重要常见变异的统计能力。此外，肾结石疾病明显的表型异质性可能导致难以组装足够大的具有特定表型的患者亚组，每个亚组都可能与某些风险等位基因相关。在肾结石领域，尚未形成以国际联盟形式进行大规模研究的重大合作努力。然而，像英国生物银行这样的国家项目将促进各国之间的合作，并希望在不久的将来实现大规模的GWAS对钙肾结石疾病的荟萃分析。传统的GWAS仅捕获在至少百分之几的人口中发现的常见SNP。对疾病风险影响最大的遗传变化往往很少发生。因此，低频变异可以解释钙肾结石疾病遗传性缺失的很大一部分。随着全基因组和全外显子组测序的出现，在基因组的编码和非编码区域中解开小变异和大变异将有望实现。全基因组和外显子组测序也将有助于诊断肾结石的单基因病因，然后可以从复杂类型的结石疾病中分离出来。然而，应该注意的是，替代模型的测试，如隐性或原产地母体模型，不是GWAS的常规部分。

人类遗传学领域的技术和生物信息学进步将导致在未来几年内鉴定出导致肾结石疾病的其他基因。远距离测序方法的进展提高了对较大结构变异的检测能力。这将允许检测复杂变异，例如大嵌体、倒置、巨型卫星和低复杂度区域，这些变异可能在肾结石病等常见复杂疾病的表型变异性和发病机制中发挥重要作用[78，79]。家谱数据也将证明非常有用，冰岛开展的工作就是一个例子。肾结石形成的遗传易感性应以标准化的方式进行探索，包括彻底的表型分析，同时考虑到个体临床、环境和生活方式因素。这些策略应包括代谢、饮食和环境因素的数据。因此，需要包含大量具有相似表型的个体的亚组。

此外，重要的是要检查所鉴定的遗传变异的功能后果。GWAS在常见疾病中的一个关键局限性是解释易感位点的病理生物学相关性的固有困难。因此，需要进行细胞生物学研究来评估已发现的遗传变异的功能作用。然而，必须记住，除了直接导致结石病的风险外，环境因素还可能影响基因转录和表达。事实上，近年来，基因转录的表观遗传控制引起了人们的极大关注。表观遗传学是指在不改变DNA序列的情况下由染色体变化引起的基因表达修饰。基因调控的表观遗传机制，包括DNA甲基化和共价组蛋白修饰，可能是遗传的，并且可能与钙肾结石等复杂疾病的易感性有关。除了影响尿液组成外，营养物质的摄入还可能通过表观遗传机制影响基因表达[80]。

结论

      过去十年中通过基因研究积累的数据对肾结石疾病的分子基础产生了新的见解。关于遗传因素对结石病的贡献，仍有许多地方有待了解。然而，近年来取得的进展表明，基因研究的激动人心的时代还在后面。应用高通量测序技术将继续专注于发现常见肾结石疾病中重要的罕见和低频遗传变异。例如，通过国际合作进行彻底的表型分析和大型队列的生成，有望提高GWAS方法的产量。遗传分析不仅可以识别结石病风险增加的个体，还可以提高我们对潜在病理生理学机制的理解，并确定药物开发的新型分子靶点。长期目标是利用个体遗传特征来定义钙肾结石风险，对治疗的反应和最有效的预防策略。