中国汉族5q35.3、7p14.3、13q14.1和16p12.3报告显着位点与尿石症的关联研究

Association Study of Reported Significant Loci at 5q35.3, 7p14.3, 13q14.1 and 16p12.3 with Urolithiasis in Chinese Han Ethnicity

Wang L, Feng C, Ding G, Lin X, Gao P, Jiang H, Xu J, Ding Q, Wu Z. Association Study of Reported Significant Loci at 5q35.3, 7p14.3, 13q14.1 and 16p12.3 with Urolithiasis in Chinese Han Ethnicity. Sci Rep. 2017 Mar 31;7:45766. 

中国汉族5q35.3、7p14.3、13q14.1和16p12.3报告显着位点与尿石症的关联研究

在本研究中，我们旨在验证 8 个报告的 5q35.3、7p14.3、13q14.1 和 16p12.3 显着位点与中国汉族人群尿石症的关联。我们对 624 名肾结石患者和 1008 名对照受试者进行了病例对照关联分析。我们从 5q32.3 中选择了单核苷酸多态性 (SNP)，包括 rs12654812 和 rs11746443；来自 7q14.3 的 rs12669187 和 rs1000597；来自 13q14.1 的 rs7981733、rs4142110 和 rs17646069 和来自 16p12.3 的 rs4293393 先前被报道与肾结石有关。我们发现这 8 个报告的 SNP 中没有一个与中国汉族人群的尿石症风险显着相关，这表明中国和日本民族之间的钙尿石症机制可能存在差异。rs12669187的A等位基因与血清镁水平升高显着相关。rs1000597的C等位基因与较高水平的血清肌酐、尿酸、钙和较低的尿液pH值相关。rs4142110的T等位基因与较高水平的血清镁、磷和较低的AKP水平相关。rs4293393 的 G 等位基因与较高的血清 CO2级。这些 SNP 的风险等位基因被证明与可能导致尿石症形成的电解质代谢有关。

尿石症是影响几乎所有人群的最常见疾病之一。这是一个与重大健康和社会经济负担相关的世界性问题。流行病学研究报道，尿石症的患病率在男性中约为 7-15%，在女性中约为 3-6% 1，钙性肾结石占病例的 70-85% 2。尿石症的病因被认为是多因素的，包括但不限于饮食、种族、气候和遗传因素。近年来，遗传因素对尿石症的影响越来越受到重视3 , 4. 对家庭和双胞胎的研究表明，尿石症是通过涉及多个基因的非中位传播模式遗传的，这表明遗传因素在其病因学中起关键作用5。如今，单核苷酸多态性（SNP）的研究已被用作绘制与各种尿石症相关的基因的工具。

2012 年，一项关于肾结石的全基因组关联研究 (GWAS) 在日本人群中进行，包括 5892 例肾结石病例和 17809 例对照。他们在 5q35.3 ( RGS14 - SLC34A1 - PFN3 - F12 )、7p14.3 ( INMT - FAM188B - AQP1 ) 和 13q14.1 ( DGKH )鉴定了三个新的肾结石易感位点6. 为了评估这些遗传因素的作用，2013 年使用一个独立的日本队列进行了一项验证研究，该队列包括 601 名肾结石和 201 名对照受试者。他们的研究结果阐明了日本人群肾结石中这 3 个位点的遗传变异的重要性7。2014 年，在中国人群中进行了DGKH基因多态性与草酸钙肾结石的关联研究，他们的发现也暗示了DGKH核苷酸变异与肾结石之间的联系8. 由于日本和中国汉族人群的种族相似性，我们试图验证中国汉族人群中这三个位点的遗传变异的重要性。此外，由于已证明UMOD基因 (16p12.3)旁边的 SNP与冰岛和荷兰结石形成者的 GWAS 中的肾结石相关9，因此我们也将其包括在我们的研究中。因此，我们从 5q32.3 中选择了这 8 个单核苷酸多态性 (SNP)，包括 rs12654812 和 rs11746443；来自 7p14.3 的 rs12669187 和 rs1000597；在我们的研究中，来自 13q14.1 的 rs7981733、rs4142110 和 rs17646069 以及来自 16p12.3 的 rs4293393。

Urabe等人。6对 5892 例肾结石病例和 17809 名日本人群进行了 GWAS，发现了三个新的肾结石基因位点，包括 5q35.3 上的 rs11746643、7p14.3 上的 rs100597 和 13q14.1 上的 rs4142110。安井等人。7对这三个基因座进行了复制研究，他们的结果表明 5q35.3 上的 rs12654812、7p14.3 上的 rs12669187 和 13p14.1 上的 rs7981733 与肾结石显着相关。然而，在我们的研究中，我们发现这八种报告的 SNP 中没有一个与中国汉族人群的尿石症风险显着相关。虽然日本和中国汉族人口相近，但这两个民族之间存在很大的遗传差异。在尿石症患者VDR基因多态性的关联研究中也观察到了类似的趋势。TaqI (rs731236) SNP，位于VDR基因的 3' 端附近，已显示通过调节 mRNA 稳定性来影响基因表达。艾坎等人. 10报道TaqI SNP 的风险等位基因与高加索人群中复发性尿石症显着相关。然而，在 Cakir等人的研究中。如图 11所示，在土耳其人群中，肾结石患者与TaqI对照组之间没有显着差异。

SLC34A1基因位于RGS14 - SLC34A1 - PFN3 - F12区域，它编码NPT2a，它是 IIa 型磷酸钠协同转运蛋白家族12的成员。在肾脏中，NPT2a 蛋白位于近端肾小管细胞的顶膜中，负责以限速方式回收大部分过滤后的磷酸盐负荷，并且对于维持磷酸盐稳态至关重要。据报道，SLC34A1基因突变可能导致肾结石或骨质疏松症患者出现低磷血症和尿磷丢失13. 在敲除小鼠中，观察到严重的肾磷酸盐消耗、高钙尿症和骨骼异常14。以前的 GWAS 报告已经证明SLC34A1基因座的变异与 CKD 15和血清磷浓度16相关。在日本人群肾结石的 GWAS 中，位于SLC34A1基因上游的 SNP rs11746443 被确定为三个新的易感肾结石基因位点之一。此外，通过 QTL 分析发现 SNP rs11746443 的风险等位基因与估计肾小球滤过率 (eGFR) 的降低有关。然而，他们并未发现 rs11746443 与血清磷6之间存在显着关联。. 在复制研究中，位于 SLC34A1 附近的rs12654812显示出与肾结石显着相关。

先前在日本人群中进行的 GWAS 研究发现，位于染色体 7p14.3 上FAM188B基因和AQP1基因之间的 SNP rs1000597 与肾结石显着相关6。在复制研究中，位于FAM188B基因上的 SNP rs12669187 也显示出与肾结石7的显着关联。FAM118B在肾结石发病机制中的作用迄今尚未完全阐明。AQP1基因编码水通道 aquaporin-1，它起水通道的作用，在肾脏17中大量表达。据报道，AQP1敲除小鼠不产生结石，但表现出肾近端管膜的渗透性降低，并在缺水18后变得严重脱水。AQP1基因单核苷酸多态性可能会损害肾近端小管对水的重吸收，并可能刺激远端小管中的尿液浓度。因此，SNP rs12669187 和 rs1000597 可能与FAM188B和AQP1表达的调节有关，这可能会影响尿液浓度并增加尿石症发展的风险。

DGKH基因位于染色体 13q14.1 并编码二酰基甘油激酶 eta (DGKH)，这是一种在脑中高度表达的普遍表达的激酶。DGKH属于 DGK 家族，它可能与多种慢性疾病有关，例如偶极性障碍、 2型糖尿病、癫痫和某些形式的癌19、20、21。然而，其与肾功能的关系尚未阐明。一项研究表明，DGK 可能参与血小板的经血浆钙离子内流22。在 Urabe等人的 GWAS 研究中。6、DGKH上的SNP rs4142110是肾结石的三个新位点之一。在 Yashui等人的复制研究中。如图7所示，DGKH上的SNP rs7981733与肾结石显着相关。Xu等人最近对中国人群中的DGKH进行了一项研究。如图8所示，SNP rs4142110与草酸钙结石风险相关，而位于内含子区域内的SNP rs17646069与草酸钙结石风险增加无关。

UMOD基因编码尿调节素，也称为 Tamm-Horsfall 蛋白，它是磷酸钙沉淀的抑制剂。该蛋白是一种糖基磷脂酰肌醇锚定的糖蛋白，主要在Henle（TALH）的粗升肢中合成23。尿调素是健康人尿液中最丰富的蛋白质，据报道它可以防止细菌粘附在肾脏上皮细胞上，并抑制草酸钙晶体聚集24、25。已显示UMOD基因敲除小鼠的肌酐清除率降低并且更容易发生尿路感染26、27。SNP rs4293393 位于UMOD上游 550 个碱基对16p12.3 上的基因，并已被证明与冰岛和荷兰人群的 GWAS 中的肾结石有关。与 CKD 相比，在他们的结果9中观察到UMOD变体与肾结石风险降低之间的显着关联。

我们的研究结果表明，FAM188B 上rs12669187的风险等位基因与较高水平的血清镁相关。由于血清镁水平通常由肾脏很好地维持28，较高的血清镁水平可以部分解释为受 7p14.3 上 rs12669187 影响的尿液浓度受损的结果。镁作为尿石症抑制剂具有重要作用，它与钙竞争结合尿液中的草酸盐，尿液中镁/钙的比例可用作结石风险的估计29。因此，尿液浓度异常导致的尿镁缺乏可能与尿石症的风险有关。

在我们的研究中，AQP1上 rs1000597 的风险等位基因也可能通过影响血清钙、尿酸和尿液 pH 值的水平来促进尿石症的发展。肾脏在控制钙平衡中起关键作用，高钙血症在钙质尿石症的发病机制中占有重要地位。据报道，结石形成者发生异常钙血症和钙尿的相对风险 9，是非结石形成者的 18 倍，分别为30。伴有高钙尿症的高钙血症可能通过增加尿液中钙盐的饱和度和结合结石形成抑制剂导致钙尿石症的发生31. 钙尿石症和血清尿酸之间的关联长期以来一直是研究的主题。近三分之一的钙质尿石症患者有高尿酸尿症。体外研究报告称，尿酸水平的升高会促进草酸钙的结晶32。多项临床研究表明，在别嘌醇降尿酸治疗后，血清和尿酸水平降低，钙结石复发风险降低33。此外，据报道，各种类型的尿石症的形成受尿液pH值的强烈影响。全身酸碱平衡的变化可以改变柠檬酸盐的尿排泄，柠檬酸盐是钙尿石症的重要抑制剂34 .

此外，rs1000597 的风险等位基因与较高水平的血清肌酐相关。AQP1在肾小球内皮细胞中大量表达。贝德福德等人。35首次报道AQP1表达的变化与多种肾脏疾病有关，包括慢性肾小球肾炎、间质性肾炎、肾硬化等。肾结石以前曾被认为是 CKD 的潜在危险因素36。矛盾的是，CKD 可以防止形成肾结石，因为尿钙排泄显着减少37. 虽然这种关联的机制尚未完全阐明，但我们的结果间接表明 rs1000597 风险等位基因的存在与尿石症有关。在 Meydan等人的研究中。38，他们发现与对照组相比，糖尿病患者肾结石的患病率增加。Lieske等人。39报道糖尿病可能是尿路尿酸结石发展的危险因素。我们的研究结果表明，具有 rs1000597 C 等位基因的患者复发性尿石症和糖尿病的风险较低。这些结果表明，rs1000597的风险等位基因可能对尿石症具有保护作用。

此外，rs4142110的风险等位基因与较低的血清AKP水平和较高的血清镁和磷水平相关。肾脏表达 AKP，它将焦磷酸盐水解成无机磷酸盐。焦磷酸盐是人类尿液中存在的钙化和结晶的抑制剂，并且钙尿石症形成者似乎表现出尿中焦磷酸盐排泄减少40。因此，血清AKP水平可能对肾脏的成石过程有影响。血清磷酸盐也被证明是钙尿石症的重要危险因素。已经提出肾磷酸盐泄漏理论来解释复发性结石形成者中的钙尿石症。该理论表明，肾小管系统的磷酸盐排泄增加可导致血清磷酸盐和高钙尿症的降低41 . 由于先前报道 rs4142110 与高钙尿症的风险相关8，我们推测 rs4142110 的风险因素也可能导致肾磷酸盐泄漏。然而，肾磷酸盐漏理论在钙结石形成的发病机制中的重要性是有争议的。在 Dagnone等人的研究中。42，他们得出结论，血清磷酸盐似乎不是尿石症复发的独立危险因素，也不是尿石症的可靠早期预测因子。

据报道，在冰岛和荷兰人群的 GWAS 中，UMOD 附近的rs4293393会影响肾脏对与年龄相关的肾脏疾病风险因素（包括高血压和糖尿病）的适应。该变化还显示与结石形成者中的血清尿素和尿酸相关9。在我们的研究中，rs4293393的风险等位基因与较高的血清CO 2相关。由于 CKD 中 CO 2的血清水平通常随着 GFR 的降低而下降43，rs4293393 的风险等位基因可能与 CKD 没有直接关系。此外，由于血清 CO 2水平与尿酸结石风险呈负相关44，我们的结果间接表明rs4293393的风险等位基因与尿石症相关。

尽管在本研究中，这八个报告的 SNP 均与中国汉族人群尿石症风险显着相关，但我们认为我们获得的负面结果仍然很重要。这些结果可能可以用中国人和日本人之间成岩机制的种族差异来解释。在东亚，虽然日本汉族和中国汉族非常接近，但遗传异质性的差异甚至比我们通过外表所感知的还要大，这证明了即使是很小的种族差异也需要个体验证。因此，迫切需要中国汉族人群的 GWAS，这将使我们能够在未来找到更多种族特异性 SNP 进行研究。尽管如此，这些SNP的大部分风险等位基因被证实与尿石症患者血清电解代谢异常有关，提示电解代谢与尿石最终形成过程之间可能存在差距。我们相信我们的结果将有助于更好地了解尿石症的发病机制，并且需要进一步分析以确定这些变异在尿石症发展中的作用。

本研究存在一些局限性。首先，本研究的样本量相对较小，这可能会影响检测中国汉族人群尿石症 SNP 可能风险的统计功效。我们打算通过在我们未来的研究中扩大样本量来解决这一限制，以进一步阐明这些基因座对尿石症易感性的影响。其次，SNP 的选择存在偏差，其他可能与钙尿石症相关的 SNP 未包括在我们的调查中。我们在本研究中验证的大多数 SNP 均选自之前的 GWAS 研究，这些研究达到了 P < 5 × 10 -8的全基因组显着性阈值。我们计划包含更多具有 P < 5 × 10 -7显着性阈值的 SNP在我们未来的研究中那些易感基因座。此外，尿电解质数据缺乏的局限性也不容忽视。

结论

我们发现这 8 个报告的 SNP 中没有一个与中国汉族人群的尿石症风险显着相关，这表明中国和日本民族之间的钙尿石症机制可能存在差异。然而，这些 SNP 的风险等位基因被证明与可能导致尿石症形成的电解质代谢有关。

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