2026年4月22日 研究日志¶

今日主题：总结多组学文献Transcriptomic and proteomic retinal pigment epithelium signatures of age-related macular degeneration（Nature Communications, 2022）

iPSC‑RPE 多组学研究揭示地理性萎缩（GA）的分子机制：从单细胞到蛋白质组的系统性解析¶

地理性萎缩（Geographic Atrophy, GA）是年龄相关性黄斑变性（AMD）的晚期干性形式，目前仍无有效治疗手段。2022年发表在 Nature Communications 的这项大型研究利用 患者来源的 iPSC‑RPE，结合 单细胞转录组、蛋白质组、eQTL/pQTL、TWAS 以及线粒体功能实验，系统性描绘了 GA RPE 的分子特征 这篇文章的价值在于：它不仅复现了已知的 AMD 风险通路（如补体系统、ECM、脂代谢），还揭示了 线粒体功能障碍 是 GA RPE 的核心特征，并首次提供了 RPE 特异的 pQTL 数据。

1. 研究设计：从患者皮肤成纤维细胞到iPSC细胞的多组学研究¶

研究团队从 63 位 GA 患者 和 47 位健康对照 获取皮肤成纤维细胞 → 重编程为 iPSC → 分化为 RPE（共 127,659 个单细胞） 随后进行了多层次组学分析：

1. 单细胞 RNA 测序（scRNA‑seq）¶

  • 识别出 7 个 RPE 亚群（从 progenitor 到成熟 RPE）。
  • 每个亚群分别进行差异表达分析。

2. 蛋白质组（Mass Spectrometry）¶

  • 量化 6923 个蛋白，鉴定 234 个差异蛋白。

3. 遗传调控分析¶

  • cis‑eQTL：445 个
  • cis‑pQTL：首次在 RPE 中鉴定 5 个显著 pQTL

4. TWAS（整合 GWAS + eQTL）¶

  • 识别 200 个与 AMD 相关的基因，其中 38 个为新候选。

5. 线粒体功能验证¶

  • Western blot
  • Seahorse OCR（氧耗率）

2. 主要发现：GA RPE 的分子特征¶

2.1 转录组：GA RPE 处于“高压状态”¶

共鉴定 3911 个差异基因，其中 78% 上调 。

显著上调的通路包括：

  • 线粒体功能
    • OXPHOS
    • 电子传递链复合体 I 组装
    • NAD/NADH 代谢
  • 氧化应激反应
  • ECM 重塑
  • 脂质与胆固醇代谢
  • 视觉循环相关基因（如 RPE65、RLBP1）出现异常表达

这些变化共同指向：

GA RPE 处于持续的代谢压力与氧化应激状态。

2.2 蛋白质组：线粒体复合体 I、ECM 与脂代谢显著改变¶

蛋白质组结果与转录组高度一致：

  • 线粒体复合体 I 多个亚基显著上调（NDUFA3/6/8/9/10/11/13 等）
  • 氧化还原酶上调（DHRS13、GPX1）
  • 脂代谢与胆固醇代谢增强（APOE、SCARB1、CYP27A1）
  • ECM 相关蛋白上调（TIMP3、EFEMP1、ITGB4）
  • CRABP1 下调（视觉循环相关）

这些蛋白变化与 GA 的病理特征（如 drusen 形成、ECM 异常、代谢紊乱）高度吻合。

2.3 补体系统相关结论¶

补体系统是 AMD 最核心的风险通路之一，这篇文章也提供了关键证据。

转录组中补体相关基因显著上调：¶

  • C3（核心补体成分）
  • CFD（Alternative pathway 激活因子）
  • C1R、C1S（Classical pathway）
  • CFH、CFHR1（调控因子）
  • CD46、CD55、SERPING1、CFI（抑制因子）

这些基因在多个 RPE 亚群中上调，说明：

GA RPE 内部存在补体系统的持续激活与调控失衡。

蛋白质组也检测到补体成分上调：¶

  • C1R 显著上调（并且是差异最显著的蛋白之一） 这说明补体激活不仅存在于转录层面，也体现在蛋白层面。

补体系统的意义¶

  • 补体激活可导致 RPE 炎症、细胞死亡
  • 与 drusen 形成密切相关
  • CFH、C3、C1R 等基因的变异是 AMD 的核心遗传风险

因此，这篇文章进一步强化了补体系统在 GA 发病中的中心地位。

2.4 eQTL/pQTL：揭示遗传调控机制¶

eQTL 亮点：¶

  • 共 445 个 cis‑eQTL
  • 多数为 亚群特异性（说明不同成熟度的 RPE 对遗传变异的响应不同）
  • 复现已知 AMD 风险位点：
    • PILRB/PILRA
    • CFH 区域

pQTL（首次在 RPE 中报告）¶

显著 pQTL 包括：

  • PYROXD2（线粒体氧化还原酶）
  • CRYZ（氧化应激相关）
  • SPATA20

这些基因与线粒体功能、氧化应激密切相关，进一步支持 GA 的代谢病理机制。
（注：pQTL可以理解为eQTL的蛋白质版本，也就是说是指影响某个蛋白质表达量的遗传变异）

2.5 TWAS：200 个 AMD 相关基因，38 个新候选¶

TWAS 整合 GWAS + eQTL，识别出：

  • CFH、ARMS2/HTRA1、PILRB 等经典风险基因
  • IDH2 等新候选基因（与线粒体保护相关）

这为未来的靶点研究提供了重要方向。

2.6 线粒体功能验证：GA RPE 的呼吸能力下降¶

Seahorse 实验显示：

  • 最大呼吸能力下降
  • 备用呼吸容量下降
  • 复合体 I 蛋白上调

这说明：

GA RPE 的线粒体处于“高负荷但低效率”的状态。

这与转录组和蛋白质组的结果完全一致。

3. 总结：GA RPE 的核心病理机制¶

综合多组学证据，这篇文章揭示：

GA RPE 的核心特征包括：¶

  • 线粒体功能障碍（最核心）
  • 代谢压力与氧化应激
  • 补体系统激活与调控失衡
  • ECM 重塑与细胞外环境异常
  • 脂代谢与胆固醇代谢紊乱
  • 遗传调控（eQTL/pQTL）影响关键通路

这些发现不仅复现了 AMD 的经典病理机制，也提供了新的候选基因与潜在治疗靶点。

个人点评:
这个研究使用了iPSC，也就是诱导多能干细胞。作为一篇发表在Nature Communications的文章，真的是做了大量的工作，从单细胞测序到蛋白质组再到eQTL，甚至还有线粒体功能测试。这篇文章的内容太过丰富，今天难以全部总结，推荐相关领域的同行看看这篇。我之后还会对这篇文章中的数据进一步分析，相关内容会继续在日志中更新。

Data availability¶

All sequencing and processed transcriptomic data generated in this study have been deposited in the ArrayExpress database under accession identifier E-MTAB-11642, and the mass spectrometry raw file and search results have been deposited to the ProteomeXchange Consortium via the PRIDE142 partner repository with the dataset identifier PXD029501 (http://www.ebi.ac.uk/pride).

Reference¶

Senabouth, A., Daniszewski, M., Lidgerwood, G. E., Liang, H. H., Hernández, D., Mirzaei, M., Keenan, S. N., Zhang, R., Han, X., Neavin, D., Rooney, L., Lopez Sanchez, M. I. G., Gulluyan, L., Paulo, J. A., Clarke, L., Kearns, L. S., Gnanasambandapillai, V., Chan, C. L., Nguyen, U., … Pébay, A. (2022). Transcriptomic and proteomic retinal pigment epithelium signatures of age-related macular degeneration. Nature Communications, 13(1). https://doi.org/10.1038/s41467-022-31707-4