一型糖尿病与DNA甲基化的关联——甲基化研究的新思路

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一型糖尿病是一种常见的自免疫疾病，它的病因主要是由于产生胰岛素的β细胞遭到破坏。遗传因素和环境因素都参与了此疾病的发生过程。近年来，一型糖尿病的发病率逐年上升，尤其是在小于五岁的儿童中，在同卵双胞胎中亦是如此。这表明环境因素可能在疾病的发生中起了重要的作用。环境影响的作用途径之一就是表观遗传，其中最常见的、研究最为广泛的就是DNA甲基化。然而，大部分研究疾病与甲基化的关联研究都采用的是基于无关联人群的病例-对照样本，然后通过提取全血细胞的DNA进行研究。今天为大家介绍的一项研究是通过使用一个患病而另一个健康的同卵双胞胎纯化的特定类型的血细胞作为材料进行研究，很好的避免了因为人群遗传异质性和血细胞比例异质性带来的干扰。

首先，该研究在52对同卵双胞胎中对三种纯化的血细胞（CD4+ T 细胞、CD19+ B细胞和CD14+ CD16- 单核细胞）进行DNA提取并测量了DNA甲基化水平（Illumina 450K芯片），然后分别进行了甲基化与一型糖尿病的关联分析。经过多重校验后，只在T细胞中发现了一个显著的差异甲基化位点（differentially methylated CpG position, DMP）。

尽管这个位点与一型糖尿病有一些牵强的生物学功能上的联系，但是该研究并没有往下深入，而是转向了变异性甲基化位点（Differentially variable CpG position, DVP）的方向。那么什么是DVP呢？我们一般在关联分析中寻找的是组内变异性小而组间均值差异大的DMP，而DVP指的是组间变异性显著差异的位点。最近一段时间，在癌症表型中发现了存在DVP的现象。但是对于非肿瘤组织，DVP的研究还非常少，因此该研究进行了DVP的分析。

结果在三种细胞中都发现了大量的DVP，且DVP大部分都存在于病例样本中（位点的变异性在病例组中显著大于对照组）。通过部分样本5年后的数据（Illumina 27K芯片），发现DVP非常稳定，并没有随着时间的变化而变化，且在某种程度上意味着通过另一种芯片进行了技术验证。由于缺乏其他同卵双胞胎独立样本的验证，该研究从BLUEPRINT数据库下载了两个样本集，一个含有单核细胞的甲基化数据，另一个含有T细胞的甲基化数据。他们都是遗传上无关的健康个体。通过比较DVP位点在患病双胞胎和两个样本集中的变异性，发现患病双胞胎DVP的变异性显著高于另外两个样本集。为了弄清楚这些DVP是出生前就有了还是出生后才出现的，此研究又利用了其它一组脐带血样本集来进行验证。这个样本集中部分个体出生若干年后发病而另一部分个体健康。通过将DVP的甲基化水平与脐带血样本的甲基化水平做相关分析，发现二者并没有相关性，提示DVP的发生可能是出生后。然后作者对DVP在基因组、表观组、GO上进行了常规的富集分析。可能普通的研究到这里就结束了，但是通过与已发表的数据整合，作者用B细胞DVP相关基因在B细胞调控回路中鉴定出了三个“基因激活的”的基因模块。三个模块中有不少与一型糖尿病生物学功能相关的基因，如NRF1、FOXP1。通过对模块中的基因做功能富集分析，也发现了许多相关的生物学过程，如葡萄糖-6-磷酸跨膜转运体活性、mTOR信号等。

在做DNA甲基化的关联分析时，DMP的结果有时可能不尽人意，而DVP的分析可能给我们带来新的思路与结果，或许DVP是甲基化以后的研究热点。虽然该研究并没有独立样本的验证，但是通过其他数据的各方面证据的支持，给人一种其结果非常可靠的感觉。在基因功能富集上，除了依赖普通的信号通路与GO数据库，作者还通过与其他发表结果的整合来证明其结果的可信度。

参考文献：

Paul D S, Teschendorff A E, Dang M A, et al. Increased DNA methylation variability in type 1 diabetes across three immune effector cell types:[J]. Nature Communications, 2016, 7:13555.