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横向+纵向样本设置研究:探究外周血甲基化特征对于克罗恩病的因果关系


文章标题Blood-Derived DNA Methylation Signatures of Crohn's Disease and Severity of Intestinal Inflammation.
影响因子 19.233 PMID:30779925 期刊年卷:Gastroenterology 2019 06;156(8)

研究背景

●   克罗恩病是一种慢性,容易反复发作的炎症性疾病,病人之间的病程差异很大。绝大多数的患者都伴有炎症表型(B1),但大约20%的患者会在5年内快速进展为更为复杂的疾病表型,如狭窄型克罗恩病(B2)。儿科患者更容易发生疾病进展。
●   本文分析了儿科患者克罗恩病诊断时和后续病程时间点血液样本中的DNA甲基化模式,以识别与疾病发生发展可能的甲基化关联。
 

 
图:该研究的图片摘要
 
研究方法
 

●   横向样本:164例儿科患者(150例B1型和14例B2型,1-7岁)+对照74例
●   纵向样本:164例患者的5年跟踪
●   样本:外周血
●   监测平台:850K甲基化芯片;Infinium MultiEthnic Global-8 Kit (Illumina)
 
研究结果

1 、case-control的差异甲基化分析:共有1189个显著差异的 CpG甲基化位点(false discovery rate [FDR] < 0.05)。其中,976 个CpG位点在case中高甲基化,213 (18%)个位点在case 中低甲基化。
 

 
 
图:甲基化差异分析曼哈顿图

2 、 独立样本表达差异的验证: 1189 个甲基化位点对应717个基因,在独立的60个患者和12例对照中,162 (28%)个基因存在差异表达。但是基因表达和对应的甲基化位点甲基化程度,有的是负相关有的是正相关。
3 、甲基化和炎症表型的关系:1189 个甲基化位点,其中1155 (97%)个和血清炎症指标(C反应蛋白)显著相关。
4、样本纵向跟踪:在150例 B1患者的5年随访期间,55例进展为B2,因此,最终结局时,样本为95例B1患者和49例B2患者。随访期间,患者都接受了治疗,因此C反应蛋白指标都有下降。对于164例患者,1189个甲基化位点有1179 (99.2%)个在诊断时和随访时出现了负相关,即和对照组不再表现出显著差异。
5、临床数据提示,患者的小儿克罗恩病活动指数(PCDAI)在诊断时显著高于随访时(median score =30;N=159 VS median score=5;N=149)。1189 个甲基化位点与PCDAI显著正相关。
6 、药物与甲基化水平逆转情况:将患者按治疗方式不同,分为多组。每组之间的甲基化水平差异没有达到基因组显著水平,提示药物可能不是基因组甲基化水平逆转的主要因素。
 

7 、推测甲基化在克罗恩病中的因果关系
    对于1189个差异甲基化位点,其中194个受基因组DNA变异调控,即mQTL的调控。针对每个CpG,我们选出最显著的SNP,作为这个CpG位点的前哨SNP,利用孟德尔随机化(Mendelian Randomization,MR)研究设计来分析甲基化在克罗恩病中的因果关系。基于甲基化导致克罗恩疾病的发生的模型,确定了3个CpG位点(cg15706657, cg23216724: near GPR31; and cg20406979: near RNASET2),这三个位点在诊断时差异显著,并且在后期的治疗和跟踪中没有发生甲基化的逆转。同时,这三个甲基化位点还受IBD的GWAS位点-rs1819333的调控。因此,这三个甲基化位点符合受SNP调控,并最终参与克罗恩病发生这样的假设(下图A)。而基于模型B,即甲基化的变化是疾病发生的结果,结果发现本研究检测到的绝大多数差异甲基化位点是疾病的结果导致的,提示甲基化的特征谱中,只有极小一部分是真正参与疾病的发生。
 

8、本研究未能提示外周血甲基化对于克罗恩疾病的预测和预后有提示作用。
 
研究结论

    伴有急性炎症的克罗恩患者经过治疗,其外周血甲基化特征谱即回复到类似于未有肠道炎症患者的状态,提示克罗恩患者外周血的甲基化变化可能是疾病的炎症表型导致的结果而不是参与了疾病本身的发生和发展。



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