RRBS等分析揭示同卵雙生子與腎小球濾過率相關的DNA甲基化位點
慢性腎臟病（Chronic kidney disease，CKD）以腎功能持續下降為特征，其主要評估指標為估算腎小球濾過率（eGFR）。eGFR的下降不僅預示著CKD的發生，還與心血管疾病風險密切相關。既往研究表明，eGFR具有一定的遺傳性，但全基因組關聯研究（GWAS）僅能解釋部分eGFR變異，但提示表觀遺傳學因素可能在eGFR調控中發揮重要作用。DNA甲基化（DNAm）是最常見的表觀遺傳修飾之一，已有研究發現其與eGFR相關，但在中國人中的研究較少。
近日，青島大學公共衛生學院張東峰教授團隊通過簡化基因組重亞硫酸鹽測序（Reduced Representation Bisulfite Sequencing,RRBS）和表觀基因組關聯研究（EWAS），分析了中國同卵雙生子的DNA甲基化圖譜，尋找與估算eGFR相關的甲基化位點和區域，并探討了其因果關系。研究發現多個與eGFR顯著相關的CpG位點和差異甲基化區域（DMRs），并驗證了SYNGR3基因的甲基化水平與低eGFR水平的關聯。相關研究成果以“Epigenome-wide association study of Chinese monozygotic twins identifies DNA methylation loci associated with estimated glomerular filtration rate”為題發表于《Journal of Translational Medicine》期刊。
本研究開展了一項表觀基因組關聯研究，旨在探討中國同卵雙生子中DNAm與eGFR之間的關聯。研究采用RRBS檢測了全基因組范圍內的DNAm水平。利用廣義估計方程（GEE）分析CpGs中DNAm與eGFR之間的關聯。通過家族混雜因素檢驗因果關系的方法（ICE FALCON）推斷因果關系。采用comb-p方法鑒定差異甲基化區域（DMRs）。利用GeneMANIA分析基因相互作用網絡，并通過基因組區域注釋富集工具（GREAT）富集生物學功能和通路。通過基因表達譜測序檢測mRNA表達水平，并利用GEE模型探究基因表達與eGFR之間的關聯。通過計算甲基化風險評分（MRS），在社區人群中驗證候選基因。
研究結果共鑒定出80個CpGs和28個DMRs達到全基因組顯著性水平，這些CpGs和DMRs位于OLIG2、SYNGR3、LONP1、CDCP1和SHANK1等基因中。12個位于SYNGR3和C9orf3等基因的CpGs支持DNAm對eGFR的因果效應，而13個位于EPHB3和MLLT1等基因的CpGs證明了eGFR對DNAm的因果效應。富集分析揭示了與eGFR相關的多個重要生物學功能和通路，包括α-2A腎上腺素受體結合通路和促腎上腺皮質激素釋放激素受體活性通路。GeneMANIA結果顯示，SYNGR3與MLLT1共表達，并與AFF4和EDIL3存在遺傳互作。基因表達分析發現SYNGR3表達水平與eGFR呈負相關。驗證分析表明，SYNGR3的MRS與低eGFR水平呈正相關。
本研究結果鑒定出一系列可能與eGFR相關的CpGs、DMRs和通路，尤其是在SYNGR3基因中。這些發現為理解eGFR下降和慢性腎臟病相關的表觀遺傳修飾提供了新的見解。
研究方法
樣本選擇：研究納入了2012至2013年間在青島招募的244對同卵雙生子，最終篩選出61對eGFR存在差異的雙生子進行分析。
DNA甲基化檢測：采用RRBS技術檢測全基因組范圍內的DNA甲基化水平。RRBS結合限制性酶切和亞硫酸鹽處理，能夠高效分析CpG島區域的甲基化模式。
統計分析：鑒定差異甲基化區域（DMRs），評估CpG位點甲基化水平與eGFR的關系，推斷DNAm與eGFR之間的因果關系。分析基因相互作用網絡，基因組區域富集分析。對部分基因進行基因表達分析，驗證其與eGFR的相關性。
驗證研究：在社區人群中對SYNGR3基因的甲基化水平進行定量分析，并計算甲基化風險評分（MRS），評估其與低eGFR水平的關聯。
結果圖形
（1）表觀基因組范圍關聯分析（EWAS）
圖1：eGFR的EWAS曼哈頓圖。橫坐標為染色體數，縱坐標為-log10轉換后的P值。黑色實線表示顯著性閾值，顯著性位點用紅點表示。
（2）因果關系分析
12個CpG位點（如SYNGR3和C9orf3）顯示出DNAm對eGFR的因果效應；13個CpG位點（如EPHB3和MLLT1）顯示出eGFR對DNAm的因果效應。
表2：eGFR的因果推理分析結果
（3）差異甲基化區域（DMR）分析
共發現80個CpG位點和28個DMRs與eGFR達到全基因組顯著性水平（FDR < 0.05）。這些位點和區域涉及多個基因，如OLIG2、SYNGR3、LONP1、CDCP1和SHANK1等。
圖2：所鑒定的DMRs不同甲基化模式圖。Y軸表示每個CpG位點與估算eGFR的相關系數，X軸表示染色體位置。黑色點代表每個CpG位點，藍色線條表示每個DMR的甲基化模式。BP表示堿基對，chr表示染色體。
（3）基因互作網絡分析和富集分析
GeneMANIA結果顯示SYNGR3與MLLT1共表達，并與AFF4和EDIL3存在基因相互作用。GREAT分析揭示了與eGFR相關的多個重要生物學功能和通路，如α-2A腎上腺素受體結合通路、促腎上腺皮質激素釋放激素受體活性通路等。
圖3：基因互作網絡示意圖。紫色表示共表達；紅色表示物理相互作用；綠色表示基因相互作用；黃色表示預測關系。
易小結
本研究通過RRBS及EWAS分析在同卵雙生子中鑒定了與eGFR相關的多個CpG位點、DMRs和生物學通路，尤其是SYNGR3基因。研究結果可能為進一步研究eGFR下降慢性腎臟病相關的的表觀遺傳修飾提供重要線索，并有助于發現CKD的新診斷標志物和治療靶點。
RRBS在本研究中的重要作用
Qi X, Wang J, Wang T, Wang W, Zhang D. Epigenome-wide association study of Chinese monozygotic twins identifies DNA methylation loci associated with estimated glomerular filtration rate. J Transl Med. 2025 Jan 22;23(1):101. pii: 10.1186/s12967-025-06067-4. doi: 10.1186/s12967-025-06067-4.
近日，青島大學公共衛生學院張東峰教授團隊通過簡化基因組重亞硫酸鹽測序（Reduced Representation Bisulfite Sequencing,RRBS）和表觀基因組關聯研究（EWAS），分析了中國同卵雙生子的DNA甲基化圖譜，尋找與估算eGFR相關的甲基化位點和區域，并探討了其因果關系。研究發現多個與eGFR顯著相關的CpG位點和差異甲基化區域（DMRs），并驗證了SYNGR3基因的甲基化水平與低eGFR水平的關聯。相關研究成果以“Epigenome-wide association study of Chinese monozygotic twins identifies DNA methylation loci associated with estimated glomerular filtration rate”為題發表于《Journal of Translational Medicine》期刊。
本研究開展了一項表觀基因組關聯研究，旨在探討中國同卵雙生子中DNAm與eGFR之間的關聯。研究采用RRBS檢測了全基因組范圍內的DNAm水平。利用廣義估計方程（GEE）分析CpGs中DNAm與eGFR之間的關聯。通過家族混雜因素檢驗因果關系的方法（ICE FALCON）推斷因果關系。采用comb-p方法鑒定差異甲基化區域（DMRs）。利用GeneMANIA分析基因相互作用網絡，并通過基因組區域注釋富集工具（GREAT）富集生物學功能和通路。通過基因表達譜測序檢測mRNA表達水平，并利用GEE模型探究基因表達與eGFR之間的關聯。通過計算甲基化風險評分（MRS），在社區人群中驗證候選基因。
本研究結果鑒定出一系列可能與eGFR相關的CpGs、DMRs和通路，尤其是在SYNGR3基因中。這些發現為理解eGFR下降和慢性腎臟病相關的表觀遺傳修飾提供了新的見解。
研究方法
樣本選擇：研究納入了2012至2013年間在青島招募的244對同卵雙生子，最終篩選出61對eGFR存在差異的雙生子進行分析。
DNA甲基化檢測：采用RRBS技術檢測全基因組范圍內的DNA甲基化水平。RRBS結合限制性酶切和亞硫酸鹽處理，能夠高效分析CpG島區域的甲基化模式。
統計分析：鑒定差異甲基化區域（DMRs），評估CpG位點甲基化水平與eGFR的關系，推斷DNAm與eGFR之間的因果關系。分析基因相互作用網絡，基因組區域富集分析。對部分基因進行基因表達分析，驗證其與eGFR的相關性。
驗證研究：在社區人群中對SYNGR3基因的甲基化水平進行定量分析，并計算甲基化風險評分（MRS），評估其與低eGFR水平的關聯。
結果圖形
（1）表觀基因組范圍關聯分析（EWAS）
表1：eGFR的EWAS結果（前20）
（2）因果關系分析
12個CpG位點（如SYNGR3和C9orf3）顯示出DNAm對eGFR的因果效應；13個CpG位點（如EPHB3和MLLT1）顯示出eGFR對DNAm的因果效應。
表2：eGFR的因果推理分析結果
（3）差異甲基化區域（DMR）分析
共發現80個CpG位點和28個DMRs與eGFR達到全基因組顯著性水平（FDR < 0.05）。這些位點和區域涉及多個基因，如OLIG2、SYNGR3、LONP1、CDCP1和SHANK1等。
表3：顯著差異甲基化區域（DMR）結果
表3：顯著差異甲基化區域（DMR）結果
（3）基因互作網絡分析和富集分析
GeneMANIA結果顯示SYNGR3與MLLT1共表達，并與AFF4和EDIL3存在基因相互作用。GREAT分析揭示了與eGFR相關的多個重要生物學功能和通路，如α-2A腎上腺素受體結合通路、促腎上腺皮質激素釋放激素受體活性通路等。
表4：可能與eGFR相關區域的GREAT GO富集分析
易小結
本研究通過RRBS及EWAS分析在同卵雙生子中鑒定了與eGFR相關的多個CpG位點、DMRs和生物學通路，尤其是SYNGR3基因。研究結果可能為進一步研究eGFR下降慢性腎臟病相關的的表觀遺傳修飾提供重要線索，并有助于發現CKD的新診斷標志物和治療靶點。
RRBS在本研究中的重要作用
- 高效檢測CpG島甲基化：RRBS技術專注于CpG島等富含CpG的區域，這些區域在基因調控中起關鍵作用。通過RRBS，研究能夠高效、經濟地分析這些區域的甲基化模式，從而識別與eGFR相關的潛在調控位點。
- 精確分析甲基化水平：RRBS通過亞硫酸鹽測序，能夠精確測量單個CpG位點的甲基化水平。這種高分辨率的檢測方法使得研究人員能夠準確評估甲基化水平與eGFR之間的關聯。
- 支持全基因組關聯分析：RRBS生成的甲基化數據為全基因組關聯研究（EWAS）提供了基礎。通過分析大量CpG位點的甲基化狀態，研究能夠識別出在全基因組范圍內與eGFR顯著相關的位點和區域。
- 揭示表觀遺傳變異：RRBS有助于揭示個體間在DNA序列相同的前提下的表觀遺傳變異。在同卵雙生子中，這種變異可能主要由環境因素引起，從而為研究eGFR的環境調控機制提供了重要線索。
Qi X, Wang J, Wang T, Wang W, Zhang D. Epigenome-wide association study of Chinese monozygotic twins identifies DNA methylation loci associated with estimated glomerular filtration rate. J Transl Med. 2025 Jan 22;23(1):101. pii: 10.1186/s12967-025-06067-4. doi: 10.1186/s12967-025-06067-4.
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