全基因组关联研究可以揭示变异与疾病的关联，但不能有效解释这些变异如何影响基因表达或病理情况的发生。在3月21日的《自然遗传学》杂志上，纽约哥伦比亚大学的Vilas Menon和Philip De Jager团队报道，许多遗传变异不仅影响某些类型的脑细胞的基因表达，而且还影响这些细胞中特定亚型的基因表达。他们在ROS/MAP纵向队列的424人中发现了8099个受此调控的基因。其中一些变异与阿尔茨海默氏症和帕金森病基因座重叠，提示它们可能调节病理情况的发生。其中有一种变异仅在小胶质细胞中上调APOE表达。与未携带者相比，携带者脑淀粉样血管病变更为严重，但斑块或缠结并未增多。
波士顿布里格姆妇女医院Oleg Butovsky教授评价称，这项研究提供了新的研究思路。香港科技大学卜国军教授赞同，认为这些关联研究为神经生物学家提供了新线索，可以使用动物、细胞或其他模型进行验证。
De Jager、Menon教授及其团队对来自英国和荷兰的两个脑库中192名成人的皮层组织进行单核RNA测序，确定了包含单核苷酸多态性(SNPs)的数量性状基因座(eQTL)，这些多态性改变了7600个临近基因的表达。大约一半的所谓eGenes在八种脑细胞类型中的一种中特异性表达。那么，在特定亚型细胞是什么样的情况呢？
为了解开疑问， Fujita、Gao和Zeng教授分析了424名ROS/MAP供体的背外侧前额叶皮层组织全基因组测序和SnRNA-Seq数据。其中，认知正常者占三分之一，轻度认知障碍者占26%，痴呆症患者占40%。前额叶皮层细胞分7种类型和64种亚型。在细胞类型层面，研究人员确定了10,000个受eQTL影响的基因，即eGenes。其中，约50%基因的表达变化仅体现在一种细胞类型。在研究细胞亚型时，他们发现了8099个eGenes，其包括2000个在细胞类型层面并未发现的eGenes基因，这表明仅研究混合细胞样品的变化可能会遗漏功能影响的信息。作者总结说“对单样本进行更大量的细胞核测序可能比单纯增加样本量（participant）更重要。”
研究人员并未解释这些基因影响的模式，但研究了与阿尔茨海默病（AD）相关的候选基因，如APOE。虽然除内皮细胞外，所有细胞都表达该基因，但存在rs2288911这一SNP的小胶质细胞中特异地上调了该基因。SNP附近存在一个甲基化和乙酰化位点，分别是一个活跃的启动子和增强子，提示可以调节APOE的表达。结果还表明，尽管基因在多种细胞类型或亚型中表达，但某些遗传变异可能仅影响特定细胞（subset of cells）的基因表达。
Cells and eGenes. 兴奋性神经元（Exc）具有最多的eGenes，其次是抑制性神经元（Inh），再次是星形胶质细胞（Ast）、少突胶质细胞（Oli）、少突胶质祖细胞（OPCs）、小胶质细胞（Mic），最后是内皮细胞（End）。 [Courtesy of Fujita et al., Nature Genetics, 2024.]
此前， GWAS已将rs2288911标记为与AD风险增加有关。SNP可能通过提高微小出血风险参与AD的发病。 rs2288911携带者脑淀粉样血管病(CAA)更严重，但不影响斑块和缠结程度。Bu教授指出：“小胶质细胞ApoE基因型在CAA发展中可能起很关键的作用” ，但rs2288911携带者脑淀粉样血管病与APOE4无关（APOE4是一种增加淀粉样蛋白沉积的等位基因）。据此，rs2288911可能有助于在抗淀粉样免疫治疗试验中，对存在淀粉样蛋白相关成像异常风险的人群进行分组/分类。
其他SNP更具选择性，仅影响单一细胞亚型的表达。GWAS发现，TMEM106B内含子SNP的主要等位基因rs5011436与AD相关。该SNP不仅控制单个eGene，还调控以转录因子Cux2表达为特征的一整类兴奋性神经元亚型，这表明这些神经元可能位于大脑上层。rs5011436的主要等位基因减少了兴奋性神经元数量，同时增加TMEM106B的表达。这种溶酶体蛋白表达过多会导致溶酶体肿胀、功能障碍，引发额颞部痴呆。这种精细控制表明SNP影响AD患病风险。
Risk eGenes? AD(左)和PD(右)的GWAS SNPs与特定的eGenes共定位(co-localize)。它们的表达（红色标尺）随细胞类型（顶部颜色编码，底部标记）而异，其中小胶质细胞（紫色）在AD中受影响的基因最多，而神经元（绿色）在PD中受影响最多。 [Courtesy of Fujita et al., Nature Genetics, 2024.]
这些eGenes可能与已知AD风险基因重合吗？研究人员将eGenes与已知AD和痴呆症的GWAS进行比较。他们测试的20个AD基因座映射到21个不同eGenes上，这些eGenes在包括小胶质细胞中的Bin1、Picalm和CDAP2在内的各种细胞类型中表达（上图）。这些细胞中有最多的eGenes，再次暗示它们与AD有关。PD的GWAS数据重复该分析，有11个PD基因座映射到13个eGenes（上图）。其中许多在兴奋性神经元中表达，表明这些细胞在PD中特别容易受损。
以上研究结果表明，将基因变异的功能影响拓展至细胞亚型层面具有非常重要的意义。
宁波易赛腾生物科技有限公司 李福云编译
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