摘要:多毛症(Hirsutism)是一种以女性体毛过度生长为特征的疾病,患病率约5–10%,诊断标准通常包括面部、腹部及胸部等男性型部位出现粗黑毛发。其致病因素具异质性,受遗传及种族背景影响,最常见内分泌病因为多囊卵巢综合征(Polycystic Ovary Syndrome, PCOS)。本研究通过包含4834例病例与352,966例对照的跨祖先全基因组关联研究(Genome-Wide Association Study, GWAS),探索多毛症的遗传背景,鉴定出7个与多毛症相关的基因位点(locus),其中4个此前未见GWAS报道。为捕获低频变异(low-frequency variants),研究人员单独分析了芬兰FinnGen队列,利用其群体瓶颈历史富集大效应罕见变异的优势。位于FGF5(成纤维细胞生长因子5,调控毛囊周期基因)附近的错义变异rs199649605(次要等位基因频率 MAF = 0.005)在芬兰人群中富集,显示强效应(p = 1.39×10-10,OR = 5.02,95% CI = 3.06–8.21)。遗传相关性(Genetic Correlation)分析揭示多毛症与PCOS及肥胖、2型糖尿病(Type 2 Diabetes, T2D)等代谢性状存在共有遗传架构(shared genetic architecture)。上述发现揭示了PCOS以外的多毛症遗传贡献因素,提示女性体毛过度生长受雄激素依赖与非雄激素依赖性双重机制调控。
论文解读——《Hirsutism Beyond PCOS: Genome-wide Evidence for Genetic Factors》(Journal of Investigative Dermatology)
一、研究背景与意义
多毛症(Hirsutism)指女性出现男性型分布的终毛(terminal hair)过度生长,人群患病率为5%–10%,最常见病因为多囊卵巢综合征(Polycystic Ovary Syndrome, PCOS)——女性最常见的内分泌疾病。既往认为多毛症主要由循环雄激素水平升高导致毛囊敏感化引起,临床治疗以抗雄激素及物理脱毛为主。然而部分多毛症患者雄激素水平正常,提示存在非雄激素依赖性机制。此外多毛症可引发显著心理困扰,且与不孕、2型糖尿病(Type 2 Diabetes, T2D)等共病风险增高相关。尽管全基因组关联研究(Genome-Wide Association Study, GWAS)在人类毛发性状领域已有进展,但专门针对多毛症的GWAS极少,其整体遗传架构及其与内分泌、代谢性状的重叠仍不明确。为此,研究人员开展此项跨祖先GWAS及Meta分析,旨在揭示多毛症 beyond PCOS 的遗传决定因素及生物学通路。
二、主要关键技术方法简述
研究人员采用三项生物样本库队列:芬兰FinnGen队列(R10,502例多毛症病例/219,249例对照,表型依据ICD-9 7041A及ICD-10 L68.0确诊)、爱沙尼亚生物样本库(Estonian Biobank, EstBB)及日本女性队列(Endo et al., 2018;3,830例/7,414例,自评问卷诊断)。FinnGen与EstBB经芯片分型及SISu参考面板插补(imputation INFO≥0.8),日本队列使用定制Affymetrix芯片及基因型插补。FinnGen内用REGENIE进行GWAS校正年龄、前10个主成分(Principal Components, PCs)及批次效应;敏感性分析排除合并PCOS的病例。三队列采用METAL软件行逆方差固定效应Meta分析(Inverse-Variance Weighted, IVW),基因组显著性阈值p < 5×10−8。下游开展功能注释(FUMA、ANNOVAR)、表达数量性状位点(expression Quantitative Trait Locus, eQTL)与蛋白数量性状位点(protein Quantitative Trait Locus, pQTL)分析(GTEx v8、FinnGen蛋白组)、共定位分析(coloc,后验概率PP4≥0.8)、精细定位(FINEMAP、SuSiE)、连锁不平衡(Linkage Disequilibrium, LD)计算(PLINK)、FinnGen临床实验室值逆秩正态化(Inverse Rank Normalization, IRN)比较及表型共患分析(Hypergeometric test, FDR校正)。用LD评分回归(LD Score Regression, LDSC)评估与PCOS、肥胖、T2D等九种表型的遗传相关性(Genetic Correlation, rg),并行表型全关联研究(Phenome-Wide Association Study, pheWAS)。
三、研究结果
Clinical laboratory findings and comorbidity patterns of hirsutism(多毛症的临床实验室发现与共患模式)
FinnGen中共纳入502例确诊多毛症女性。共患分析显示多毛症与多种雄激素相关疾病共存,最强关联为PCOS(OR = 45.90),亦与抑郁、焦虑显著共患。601例17–45岁病例的临床化验值(IRN转换、校正年龄)显示:性激素结合球蛋白(Sex Hormone-Binding Globulin, SHBG)显著降低,总睾酮升高,符合高雄激素血症(hyperandrogenism);空腹血糖及糖化血红蛋白(Glycated Hemoglobin A1c, HbA1c)升高,与T2D共患显著吻合。
GWAS in FinnGen reveal rare variants in FGF5 contributing to hirsutism(FinnGen中GWAS揭示FGF5罕见变异参与多毛症)
FinnGen独立GWAS在全基因组水平显著关联4q21区,含两个低频率变异:rs150735020(MAF=0.005,芬兰富集倍数22.81,OR=5.75)及错义变异rs199649605(MAF=0.005,芬兰富集倍数221.89,OR=5.02,p=1.39×10−10,CADD得分29.8),二者呈强连锁不平衡(LD r2=0.83)。FGF5编码调控毛囊生长期/休止期转换的成纤维细胞生长因子5,其功能缺失致哺乳动物长毛及人睫毛过长生长,且该区域既往关联秃发表型。pQTL提示FGF5为候选因果基因。排除PCOS病例的敏感性分析仍保留4q21信号,支持FGF5参与非雄激素依赖性多毛症发病。
Cross-ancestry meta-analysis identifies seven loci associated with hirsutism(跨祖先Meta分析鉴定七个多毛症关联位点)
FinnGen、EstBB与日本队列Meta分析(共4,834例病例/352,966例对照)鉴定11个独立的全基因组显著(p < 5×10−8)领衔变异(lead variant),分布在七个位点,其中四个位点为首次报道。基因组膨胀因子λGC=0.91(FinnGen)及1.03(Meta),提示无显著系统偏倚。
Additional rare variants associated with hirsutism at 4q21(4q21区额外罕见变异关联多毛症)
Meta分析中另纳入同属4q21区的rs544265360(OR=4.92)与rs180731645(内含子变异,OR=3.65),后者显示FGF5 pQTL信号。FinnGen独有错义变异与Meta分析变异呈显著LD,提示4q21关联可能由该错义变异驱动。
Meta-analysis highlights additional loci and biological pathways involved in hirsutism(Meta分析凸显多毛症其他参与位点与通路)
1p36位点rs12565727(邻近C1orf127)为睾丸C1orf127 eQTL及CA6 trans-pQTL,既往关联男性型秃发(Androgenetic Alopecia),C1orf127其他变异亦关联毛发表型。10p12位点关联SLC39A12(编码锌转运蛋白ZIP12),共定位分析支持其与垂体SLC39A12表达共定位,SLC39A12曾关联连眉(monobrow)等毛发性状,ZIP家族参与毛囊锌吸收。11p11位点领衔变异影响ALX4(同源盒转录因子4)在脂肪、下丘脑、甲状腺等组织表达,ALX4参与毛囊发育,邻近变异曾关联连眉及发色。
Associations overlapping with findings from the Japanese cohort(与日本队列既往发现重叠的关联)
Meta分析复现日本队列曾报道的1p12(含TBX15,参与毛色与毛长)、2q13(含LIMS1,角蛋白细胞功能相关脱发)及18q21(含BCL2,调节毛囊周期)位点,并细化出多个独立信号。
Shared genetic architecture between hirsutism and related traits(多毛症与相关性状共享遗传架构)
LDSC分析示多毛症与PCOS(rg显著)、肥胖(Obesity)、T2D具显著正向遗传相关性(Bonferroni校正后p<0.05/9),与焦虑障碍及抑郁症无显著遗传相关性。pheWAS显示2q13区LIMS1附近rs12620921关联痤疮(acne),同区另一变异关联肥胖与T2D;4q21区rs180731645关联T2D。实验室值中空腹血糖与HbA1c升高佐证高雄激素血症与代谢紊乱联系。
四、讨论与结论总结(翻译自Summary and conclusions)
本Meta分析鉴定出跨越七个全基因组显著位点的十一个独立变异,其中四个位点为首次报道。基因优先级排序与功能注释提示各候选基因(如C1orf127、SLC39A12、ALX4及FGF5)均参与毛囊发育或形态发生;其中芬兰富集FGF5错义变异是典型代表。其余基因指向毛干形成与毛囊分化通路,与近期毛发性状GWAS所揭示的毛发形态与色素共享架构相符。虽上述基因主要影响毛发生长与结构,但pheWAS将若干变异关联肥胖与T2D,且遗传相关性确认多毛症与PCOS、肥胖及T2D共享遗传架构,提示生活方式因素不足以完全解释此关联,部分生物通路为共有。临床化验值亦提示病例中存在雄激素过剩,支持代谢与内分泌通路调控毛囊生物学在多毛症发病中的作用。据研究人员所知,此为首个多毛症跨祖先Meta分析;尽管人群历史不同,芬兰、爱沙尼亚与日本队列中多毛症的遗传驱动高度一致,强调过度毛发生长存在跨种族共同生物学机制。