导语：2019年5月22日，Nature在线发布了全球最大规模2型糖尿病（T2DM）外显子测序研究的最新成果，发现了2型糖尿病相关的新罕见变异（等位基因频率小于0.5％），并发现外显子测序不仅能够检测新的易感基因，还有助于预测基因突变与2型糖尿病风险间的关系[1]。

研究背景

      据世界卫生组织统计，全世界有4亿多人患有糖尿病。这些病例中绝大多数是2型。据估计，糖尿病是全球第七大致死原因。虽然研究人员已经知道，生活方式和环境因素在2型糖尿病中扮演着重要角色，但有必要对驱动这种疾病的生物学机制有更深入的了解。人类遗传学通过识别与生理病理特征相关的分子变化，为更好地理解和治疗疾病提供了一种强有力的方法[2]。

       全基因组关联研究(GWAS)已将数千个基因组位点与数百个人类特征相关联，进一步分析表明，大多数复杂性的遗传可归因于一般调控变量的适度效应[3]。然而，非编码的GWAS关联很难分配到因果变异或基因[4]，也就是说可能会漏掉不太常见的外显子组变异。相比之下，全基因组测序或全外显子组测序允许对基因变异的全谱进行查询。

      这是一个由国际联盟组成的专家团队，通过外显子组测序大数据分析了来自欧洲、非洲裔美国人、拉美裔/拉丁裔、东亚和南亚近4.6万人的蛋白质编码基因，以确定影响T2DM风险的基因变异，为了解发病机制和治疗提供新途径。

      密歇根大学公共卫生学院生物统计学教授、统计遗传学中心主任、资深研究作者Michael Boehnke说：“大多数大型人口研究关注的都是欧洲血统个体，使得研究结果很难在全球范围内推广。囊括不同种族的大样本对研究结果的适用性非常重要。根据统计学规律，样本群体越多样化，结果就越科学、越真实，信息量也就越多。”

研究结果

1. 与2型糖尿病相关的基因突变

      在这个庞大的群体中（20,791名T2DM患者和24,440名健康人群），研究人员对他们基因组中编码蛋白质的区域（即外显子）进行测序。初步分析结果显示[1]，在2型糖尿病患者中，7个基因位点的15处基因突变超过了外显子组效应的阈值（图1a），其中10个位点为非同义变异，并且SFI1基因变异（rs145181683，Arg724Trp）和MC4R基因变异（rs79783591，Ile269Asn）与T2D相关，此前GWAS研究并未发现（图2）。

      由于单变异分析检测罕见变异关联的能力有限，研究人员随后对基因内的变异聚合进行关联测试。利用该方法，发现与T2D存在显著关联的MC4R、SLC30A8、PAM和UBE2NL基因（图1b）。

• 正如最近通过PAM Asp563Gly和Ser539Trp[5]的细胞表征鉴定出新的T2D风险机制的研究所示，此研究中鉴定的突变可以进一步深入了解PAM介导的T2D风险机制。

• 其中UBE2NL基因为新发现的2型糖尿病相关基因。

• 同时，研究人员在欧裔、非裔美国群体的外显子序列中验证了基因水平的联系，并追踪与2型糖尿病关联的PDX1基因。

• 虽然SLC30A8在十多年前就有报道显示其与T2D有关[6]，但SLC30A8与疾病间的相关分子机制仍然知之甚少。本文认为降低T2D风险是SLC30A8错误感知变异的典型效应，也就是说，它并不是单倍性不足所独有的，它提供了许多额外的等位基因。

2. 预测基因突变与2型糖尿病风险间的关系

      除了对可能与T2D相关的基因进行优先排序外，此项研究还评估了基因分析是否有助于预测基因失活，以及是否会增加或减少T2D风险，这对开发T2D治疗方法意义重大。研究人员比较了从基因水平加权分析估计的OR值与先前报道的差异，发现8个T2D药物靶点中有7个靶点表现出遗传与治疗方向的一致性。表明外显子测序不仅能够检测新的易感基因，还有助于预测基因变异与2型糖尿病风险的关联。

       唯一的例外是KCNJ11（优势比= 1.59），其中基因水平信号由已知的n25激活错义突变（His172Arg）驱动。该发现与KCNJ11在婴儿期糖尿病和持续性高胰岛素血症性低血糖中的相互作用一致。

研究讨论

      本研究的第一作者麻省理工学院(MIT)、哈佛大学布罗德研究所(Broad Institute of Harvard)副研究员，哈佛医学院儿科助理教授、波士顿儿童医院遗传学和基因组学部教授Jason Flannick指出：“我们现在对罕见的DNA变异在糖尿病中的作用有了更新的认识。这些罕见的变异可能为药物开发提供比以前认为的更有价值的资源。事实上，我们可以在许多基因中发现它们与疾病相关的证据，这些基因可以作为新药的靶点，也可以用来研究疾病的基本过程。”

      本文另一作者麻省总医院内分泌科和糖尿病科主任、哈佛医学院医学教授、布罗德研究所糖尿病研究组主任Jose Florez说：“这些外显子突变的影响可能是强大的，但因为它们是如此罕见，我们仍然需要增加样本量，以便真正得出令人信服的见解。”

       因此，为了更大范围检测T2D患者外显子组的显著性，研究人员打算再增加样本量，达到75,000-185,000个测序病例。让我们期待更大样本量的研究结果出现！

参考文献
1. Flannick J, et al. Exome sequencing of 20,791 cases of type 2 diabetes and 24,440 controls. Nature, 22 May, 2019. Doi: org/10.1038/s41586-019-1231-2.
2. Altshuler D, et al. Genetic mapping in human disease. Science 322, 881–888 (2008).
3. Welter D, et al. The NHGRI GWAS Catalog, a curated resource of SNP–trait associations. Nucleic Acids Res. 42, D1001–D1006 (2014).
4. Boyle EA, et al. An expanded view of complex traits: from polygenic to omnigenic. Cell 169, 1177–1186 (2017).
5. Thomsen SK, et al. Type 2 diabetes risk alleles in PAM impact insulin release from human pancreatic β-cells. Nat. Genet. 50, 1122–1131 (2018).
6. Sladek R, et al. A genome-wide association study identifies novel risk loci for type 2 diabetes. Nature 445, 881–885 (2007).
7. Massive sequencing study links rare DNA alterations to type 2 diabetes.