周钢桥/王长军团队合作揭示中国人群重症化的遗传易感性

新型冠状病毒（Severe acute respiratory syndrome coronavirus 2，SARS-CoV-2）感染人群后，个体间存在显著不同的多样化临床转归，根据病情可以表现为无症状感染、轻症肺炎和重症肺炎等【1】。人群感染新冠病毒后发生不同临床转归的原因，一方面可能是由于个体间的性别、年龄、基础健康状况等因素存在差异造成的【2】。另一方面，近期多项新冠肺炎的遗传关联研究已显示，机体的遗传因素在新冠病毒感染和病程进展中也发挥重要的作用【3-9】。例如，基于意大利和西班牙人群的全基因组遗传关联研究已发现，位于3p21.31和9q34.2的这两个基因组区域与新冠重症肺炎显著相关【3】。另一项高通量测序研究也发现，IFN通路上的功能缺失型遗传变异在新冠重症患者中显著富集【4】。这些发现为新冠重症患者的早期发现、早期预测和早期干预提供了科学依据。然而，目前绝大多数新冠重症易感基因座是基于欧洲人群发现的，其中部分基因座在中国人群中并不存在遗传多态性（如3p21.31基因座），提示新冠重症化的遗传易感性存在人群特异性。尽管最近已有一项基于小规模中国人群新冠肺炎的全基因组测序研究报道，但该研究未在全基因组水平发现显著的遗传关联信号【8】。

近日，军事科学院军事医学研究院辐射医学研究所周钢桥团队联合多家单位，在Cell Discovery发表了题为Genome-wide association study of COVID-19 severity among the Chinese population的研究论文。该研究基于大规模新冠病例，开展了全基因组水平遗传关联分析，揭示了中国人群新冠肺炎重症化的遗传易感因素，其中多个候选易感基因可能是新冠治疗的潜在药物靶标。这些发现为研发新冠重症肺炎的防诊治措施奠定了基础。

在本研究中，研究者在中国湖北省武汉市招募了1,431例新冠肺炎住院患者，其中1,010例患者招募自武汉火神山医院，421例患者招募自华中科技大学同济医学院附属协和医院。根据我国新冠肺炎诊疗方案（试行第七版）对这些患者进行了临床分型，将其中的重型和危重型患者定义为“病例”组，将轻型和普通型患者定义为“对照”组。随后采用Affymetrix Axiom®World SNP芯片对所有患者的DNA样本进行了基因分型，并完成质量控制和基因型推算。进一步的关联分析和荟萃分析显示，两个以往未被报道过的基因座与新冠肺炎重症化显著关联，分别位于11q23.3（标志SNP为rs1712779，P = 1.38×10-8）和11q14.2（标志SNP为rs10831496，P = 4.08×10-8）。该结果随后在其它独立的中国新冠患者人群和亚洲新冠患者人群中得到了验证【6, 8】。

rs1712779位于11q23.3的基因间区域，其保护性等位型T与外周全血等组织中的REXO2、C11orf71、NNMT和CADM1等基因的表达显著相关。进一步针对该区域的精细定位和单细胞转录组测序数据分析提示，REXO2和CADM1更可能是该区域的新冠重症化易感基因。rs10831496位于11q14.2区域的GRM5基因内含子区，其风险等位型A与全血组织中的组织蛋白酶C（Cathepsin C, CTSC）基因的高表达显著相关。针对该区域的精细定位和单细胞转录组测序数据分析进一步提示，11q14.2区域最可能的易感基因为CTSC。CTSC基因编码一种溶酶体半胱氨酸蛋白酶（也称为二肽基肽酶1，DPP1）【10-12】，其在调节炎症反应中的作用已得到广泛研究。临床上，CTSC已被认为是某些炎症性疾病的潜在治疗靶点【12, 13】。尤其值得关注的是，最近来自欧洲的团队评估CTSC（DPP1）抑制剂Brensocatib是否对重型新冠患者治疗有效的三期临床试验“STOP-COVID19”已经完成【12】。

此外，以往在欧洲人群中通过全基因组关联研究发现的与新冠重症化相关的DPP9基因座（rs2109069）和ABO基因座（rs657152）【6】，也均在本研究中得到验证，提示这两个基因座是跨人群的共同遗传因素。以往在中国人群中发现的TMPRSS2基因座（rs12329760）【8】，在本研究中也得到了验证。TMPRSS2基因编码一种跨膜丝氨酸蛋白酶，已知其在介导病毒感染方面发挥重要作用，可通过蛋白质水解作用裂解和激活病毒包膜糖蛋白，从而促进病毒进入宿主细胞。目前已知利用TMPRSS2蛋白进入细胞的病毒包括流感病毒和人类冠状病毒（如HCoV-229E、MERS-CoV、SARS-CoV和SARS-CoV-2等）。最近已有研究证明，SARS-CoV-2可利用TMPRSS2的水解作用激活病毒刺突蛋白从而进入人体细胞；并且发现，单用TMPRSS2抑制剂（甲磺酸卡莫司他）可部分阻断SARS-CoV-2进入细胞，而甲磺酸卡莫司他和CtsB/L抑制剂（E64-d）联合使用则可完全阻断SARS-CoV-2的入侵（CTSB/L是与CTSC同家族的另外两种溶酶体半胱氨酸蛋白酶）。以上证据均提示TMPRSS2基因可能也是新冠肺炎重症化的易感基因。

综上所述，该研究通过多人群的全基因组遗传关联分析和荟萃分析，首次在中国人群中发现了两个新的新冠肺炎重症化易感基因区域11q23.3和11q14.2，并验证了多个以往报道的易感基因区域，从而揭示了与新冠肺炎重症化相关的中国人群特有的遗传因素和跨人群共有的遗传因素。同时，该研究发现的候选易感基因靶点也为进一步探索新冠肺炎发生发展的机理以及候选药物的研发等提供基础。

军事科学院军事医学研究院辐射医学研究所周钢桥研究员和解放军疾病与预防控制中心王长军研究员为本论文的共同通讯作者，李元丰副研究员、柯跃华副研究员、夏欣一主任医师、王亚会博士生、程范军主任医师、刘信燚助理研究员和金鑫研究员为论文的共同第一作者。周钢桥研究员团队长期致力于病毒感染相关疾病的遗传易感性研究。其中，团队曾于2003年SARS肆虐期间在导师贺福初院士的指导下系统开展了SARS冠状病毒感染及病程进展相关的易感基因研究，发现了MBL、MCP-1和RANTES等SARS易感基因，相关成果发表在Nature Genetics、Nature Protocols、J Infect Dis、BMC Infect Dis等杂志。

本研究得到国家广州实验室应急攻关项目的资助。据悉，研究团队在广州实验室应急攻关项目的支持下，将在前期研究基础上进一步开展更为深入的新冠肺炎人群易感性研究。

图文摘要