許多常見疾病受多種基因和環(huán)境因素的組合影響。這些疾病被稱為復雜疾病。許多最常見的疾病在家庭中發(fā)生，并且由遺傳，環(huán)境和生活方式因素的組合引起。雖然復雜的疾病往往在家庭中運行，但不像單基因疾病，他們沒有明確的繼承模式，所以很難預測一個人繼承或傳播這些疾病的風險，因為它們可能由遺傳和環(huán)境因素共同引起，所以復雜的疾病可能難以治療。復雜疾病包括哮喘，糖尿病，癲癇，高血壓，躁狂抑郁癥和精神分裂癥等，還包括一些發(fā)育異常疾病，例如唇裂和先天性心臟缺陷。

今天我們就以糖尿病、抑郁癥、哮喘作為復雜疾病的代表，來探尋復雜疾病在標志物的研究方向和思路。

糖尿病

全世界糖尿病患人數(shù)，1997 年為 1 億 2,400 萬人，2014年全球估計有4.22億成人患有糖尿病。其中Ⅱ型糖尿病患者占糖尿病患者中的90%左右，其余10%主要為Ⅰ型糖尿病。不論是哪一種糖尿病，如果不進行治療，可能會引發(fā)許多并發(fā)癥。

首先來看下2015年Ⅱ型糖尿病在印度人群中的大規(guī)模前瞻性隊列研究。

摘要：

已知占世界人口四分之一的印度亞洲人群中患Ⅱ型糖尿病的風險非常高。作者使用450K芯片研究了DNA甲基化是否與印度人未來的Ⅱ型糖尿病發(fā)病率相關，以及印度人和歐洲人之間甲基化模式的差異是否與未來發(fā)展為Ⅱ型糖尿病的風險程度的差異相關，并用于未來預測。

研究思路：

主要結論：

研究發(fā)現(xiàn)印度亞洲人患Ⅱ型糖尿病的風險比歐洲人高3倍，而傳統(tǒng)風險因素并不能解釋歐亞人群間的患病率差異。使用EWAS分析，確定并驗證了DNA甲基化與未來2型糖尿病發(fā)病率之間的獨立關聯(lián)。發(fā)現(xiàn)甲基化的上下四分位數(shù)之間的人群未來Ⅱ型糖尿病的更高，并且發(fā)現(xiàn)印度亞洲人與歐洲人的甲基化基因組模式與患Ⅱ型糖尿病的風險增加有關。

目前在世界范圍內(nèi)抑郁癥的發(fā)病年齡提早，發(fā)病率增加。終身患病率在不同國家中不盡相同，有調(diào)查顯示中國的患病率約為6%，而日本的患病率則高達20%。下面這篇文獻則是圍繞重度抑郁癥展開，尋找可靠的生物標記物。

Aberg K A, Dean B, Shabalin A A, et al. Methylome-wide association findings for major depressive disorder overlap in blood and brain and replicate in independent brain samples[J]. Molecular psychiatry, 2018: 1.

摘要：

重度抑郁癥（MDD）的特征是明顯和持續(xù)的煩躁不安，往往伴隨著相當大的發(fā)病率和死亡率。在這里，作者提出迄今為止最大和最全面的MDD甲基化研究。它使用血液和腦組織多個數(shù)據(jù)集以挖掘能解釋MDD病因?qū)W得潛在位點。研究思路設計涉及三個階段，首先，發(fā)現(xiàn)階段包括來自1132個血液樣本的甲基化組范圍關聯(lián)研究（MWAS）。接下來，在重復階段，確定了位于血液中的MWAS顯著相關的top位點和來自61個死后腦樣品的兩個不同腦區(qū)樣本集中的MWAS。最后，在驗證階段，分別在81個和64個個體的兩個獨立的死后腦樣本集中驗證位點。

研究思路：

主要結論：

血液樣本中的EWAS結果

研究最突出的結果是確定了三個新的與MDD相關的差異甲基化位點，這些位點在血液樣本和大腦樣本中一致。這些基因座對于與MDD可能相關的生物學功能可能是重要的。為了更多地了解這些基因座中甲基化標記的特定生物學效應，鑒定特定細胞類型發(fā)生的甲基化變化將是有意義的。

哮喘是常見的氣道慢性炎癥疾病，主要特征是多變和復發(fā)的癥狀、可逆性氣流阻塞，和支氣管痙攣。普遍認為哮喘是因為基因和環(huán)境因素共同導致的。環(huán)境因素通常包含：暴露于空氣污染和過敏原（allergen）。當前哮喘無法根治，但可以有效控制。

下面我們將介紹的文章是基于鼻上皮細胞的全基因組甲基化數(shù)據(jù)（850K）,尋找與哮喘顯著相關的標志物。

Cardenas A, Sordillo J E, Rifas-Shiman S L, et al. The nasal methylome as a biomarker of asthma and airway inflammation in children[J]. Nature communications, 2019, 10.

摘要：

哮喘是一種慢性呼吸道疾病，其特征是可逆性氣流阻塞和氣道炎癥，影響全球超過3億人。雖然遺傳因素被認為占哮喘易感性2的約60％，但其余比例被認為是由環(huán)境暴露引起的。

DNA甲基化已被證明是DNA已被證明是有前途的疾病生物標志物，和免疫表型，包括哮喘，過敏，和免疫球蛋白E（IgE）的水平相關。然而，大多數(shù)研究都是在全血DNA中進行的。DNA甲基化是組織特異性的，并且靶組織的收集對于疾病相關的生物標志物的發(fā)展至關重要。

研究思路：

作者從547名早期兒童中的收集了鼻上皮細胞樣本,使用850K芯片檢測全基因組的甲基化，假設DNA甲基化（DNAm）可以作為氣道疾病，氣道炎癥，過敏原致敏和肺功能的生物標志物。最后，研究發(fā)現(xiàn)哮喘和過敏性疾病的標志物升高與鼻上皮細胞中加速的表觀遺傳老化正相關。進行了10次獨立的EWAS分析鼻腔DNAm與以下條件的相關性：（1）當前哮喘與從不，（2）當前過敏性哮喘與從未，（3）FeNO，（4）總血清IgE水平，（5）任何環(huán)境- 特異性IgE，（6）FEV z-分數(shù)，（7）FVC z-分數(shù)，（8）FEV / FVC z-分數(shù)，（9）BDR，和（10）當前過敏性鼻炎與從不。最后又在一個外部研究隊列中重現(xiàn)了哮喘和過敏性哮喘的最大差異甲基化位點發(fā)現(xiàn)。

主要結論：

報告了與哮喘，過敏和肺功能相關的幾種特征中鼻腔樣本的表觀基因組關聯(lián)。顯著的DNA甲基化發(fā)生變化的基因包括已知的哮喘相關的基因、參與Th2和嗜酸性反應的基因，以及可能改變呼吸道上皮通透性和功能的基因。DNAm信號可能確實反映了作為氣道疾病敏感生物標志物的細胞環(huán)境。最后作者發(fā)現(xiàn)，隨著過敏和哮喘生物標志物的升高，表觀遺傳年齡加快。

最后值得一提的是，上述類似的尋找甲基化標志物的研究，大多都會選擇使用Illumina公司的甲基化芯片，早期用450K芯片（現(xiàn)已停產(chǎn)），目前都是以850K為主，850K芯片以單堿基分辨率，更高的全基因組覆蓋度，高通量的特點，在篩選甲基化標志物的大型研究項目具有明顯優(yōu)勢。伯豪現(xiàn)已協(xié)助眾多客戶利用850K芯片在J Clin Oncol、Nat Commun、Ann Rheum Dis等高分雜志發(fā)表文章。