基于听力数据的精准表型分型与感音神经性听力损失的基因发现

Precision Phenotyping With Audiometric Data and Gene Discovery for Sensorineural Hearing Loss

作者信息Andrea J DeFreese, Tanguy Rubat du Mérac, Quanhu Sheng, Srishti Nayak, Taha A Jan
PMID42848395
发布时间2026-10-08
DOI10.1001/jamaoto.2026.3089

实验完整度

高

基于BioVU生物样本库WGS开展PTA和ICD两种表型GWAS,并在All of Us独立队列进行PRS验证,含功能注释和遗传相关性分析。

主要模型

BioVU生物样本库欧洲遗传祖先参与者(WGS数据) All of Us研究计划独立队列(欧洲遗传祖先参与者)

重点核对

PTA定义:听力较好耳500、1000、2000 Hz气导和骨导阈值计算3频率PTA,排除传导性听力损失(气骨导差≥15 dB且骨导PTA≤25 dB) ICD表型:基于PheKB SNHL定义,使用ICD-9、ICD-10和CPT编码及病历记录 GWAS样本量:ICD队列10,164例病例和51,304例对照;PTA队列16,057例 全基因组显著性阈值:P < 5×10−8;提示性阈值:P < 1×10−5 PRS验证:在All of Us队列109,096人中评估PTA衍生和ICD衍生PRS与自我报告耳聋的关联

摘要

重要性:听力敏感性作为数量性状的遗传结构对于推进听力健康精准医学至关重要。尽管全基因组关联研究(GWAS)已广泛开展,但已确定的强遗传驱动因素很少。目的:比较使用纯音平均值(PTA)进行精准表型分型与使用诊断编码方法进行常规表型分型在检测与感音神经性听力损失(SNHL)相关遗传变异方面的敏感性。设计、设置和参与者:在这项遗传关联研究中,使用两种不同的SNHL表型分型方法进行了两项独立的GWAS:(1)诊断编码对照和(2)使用PTA数据的精准表型分型。使用了来自单一三级中心生物样本库的欧洲遗传祖先人群的全基因组测序数据。对于基于诊断编码的对照GWAS,病例和对照参与者主要使用与SNHL听力损失相关的国际疾病分类第九版(ICD-9)和国际疾病分类第十版(ICD-10)诊断和操作代码来定义。对于精准表型分型GWAS,听力状态被定义为连续变量,使用听力图中听力较好耳的标准3频率PTA。数据分析于2025年8月至2026年4月进行。主要结局和测量:GWAS汇总统计用于计算PTA和ICD表型的单核苷酸变异(SNV)遗传力估计;使用功能注释将遗传风险位点映射到候选基因;评估与现有GWAS的遗传相关性;并计算多基因风险评分以在来自美国国立卫生研究院All of Us研究计划的独立队列中进行测试。结果:总体而言,第一项GWAS纳入了10,164名病例参与者(平均[SD]年龄,63.9[21.3]岁;5118[50.4%]女性)和51,305名对照参与者(平均[SD]年龄,51.1[21.0]岁;28,784[56.1%]女性);第二项GWAS纳入了16,057名有PTA的参与者(平均[SD]年龄,55.5[21.8]岁;9147[57.0%]女性)。基于PTA的GWAS识别出3个全基因组显著位点,映射到4个基因:EML6、SPTBN1、ARHGEF28和EYA4(基于SNV的遗传力估计[h2]=11.78%;SE=2.84%)。基于ICD的GWAS未识别出显著位点(h2=2.90%;SE=0.77%)。发现基于PTA的GWAS与3个听力相关能力性状之间存在全基因组相关性(例如,基于PTA的GWAS与助听器使用:r=0.985;SE=0.163;P=1.56×10−9)。在All of Us队列中,PTA衍生的多基因风险评分与自我报告的耳聋显著相关(比值比[OR],1.09;95%CI,1.07-1.12),而ICD衍生的评分则不相关(OR,1.00;95%CI,0.97-1.02)。结论和意义:在这项遗传关联研究中,与基于诊断编码的方法相比,使用听力PTA的精准表型分型改善了SNHL的基因发现。更高的遗传力估计、全基因组显著位点的识别以及更强的多基因风险估计表明,定量听力测量能更好地捕捉遗传结构,支持听力健康中的精准医学。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
使用定量听力测量(纯音平均值)进行精准表型分型,是否比基于诊断编码的表型分型更能增强感音神经性听力损失的遗传发现和下游多基因风险估计?
核心机制
定量听力测量比二分类诊断编码更能准确捕捉听力敏感性的多维度遗传结构,从而提高遗传力估计、增加全基因组显著位点发现并改善多基因风险预测。
主要证据
基于PTA的GWAS在16,057人中识别出3个全基因组显著位点(EML6、SPTBN1、ARHGEF28、EYA4),遗传力11.78%;而ICD-based GWAS在61,468人中无显著位点,遗传力2.90%。PTA衍生的PRS在All of Us队列109,096人中与自我报告耳聋显著相关(OR 1.09),ICD衍生的PRS无显著关联(OR 1.00)。
研究意义
精准表型分型使用听力数据可改善SNHL遗传变异的检测,更高的遗传力、更多显著位点和更强的预测性能表明定量听力测量能更准确捕捉遗传结构,支持听力健康精准医学策略。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

构建诊断编码和听力精准表型队列

建立基于ICD编码和PTA的SNHL表型队列以进行后续遗传分析

从BioVU生物样本库中,分别使用PheKB SNHL定义(ICD-9、ICD-10、CPT编码)和听力图数据(较好耳3频率PTA)定义表型和对照,限制为欧洲遗传祖先个体。

2

全基因组关联分析

检测与SNHL相关的遗传变异,比较两种表型分型的遗传发现能力

使用REGENIE对ICD-based二分类表型和PTA-based连续表型分别进行GWAS,调整年龄、性别和10个遗传主成分。

3

功能注释和遗传力估计

注释显著位点并比较两种表型的SNV遗传力

使用FUMA对显著位点进行功能注释,并利用LDSC估计SNV-based遗传力。

4

遗传相关性分析

评估PTA-based GWAS与已有听力相关性状GWAS的遗传重叠

使用LDSC估计PTA-based GWAS与助听器使用、PTA、ICD/自报听力损失、噪声中言语识别等性状的遗传相关性。

5

在All of Us队列中验证多基因风险评分

验证PTA和ICD衍生PRS在独立队列中与听力损失的关联

在All of Us研究计划中,计算PTA和ICD衍生PRS,并使用逻辑回归评估与自我报告耳聋的关联。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
Illumina测序平台Illumina--
DRAGEN种系变异调用流程版本3.7.8DRAGEN--
DRAGEN机器学习重校准流程版本4.2.4DRAGEN--
DRAGEN迭代gVCF基因分型流程版本4.3.7DRAGEN--
PLINK版本1.9或2.0PLINK--
KINGKING--
REGENIEREGENIE--
FUMAFUMA--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
表型定义
ICD-based表型:PheKB SNHL定义,使用ICD-9、ICD-10和CPT编码及病历记录;PTA-based表型:较好耳500/1000/2000 Hz气导和骨导PTA,排除传导性听力损失(气骨导差≥15 dB且骨导PTA≤25 dB)
阅读提示:Methods中的Phenotyping小节及eMethods和eFigure 1 in Supplement 1
GWAS分析
REGENIE两步法;质量控制标准:缺失率>10%、MAC<100、MAF<0.01、HWE P<1×10−15;调整年龄、性别和10个遗传主成分;全基因组显著性阈值P < 5×10−8
阅读提示:Methods中的Statistical Analysis小节
遗传力估计
LDSC估计SNV-based遗传力;PTA h2=11.78% (SE 2.84%);ICD h2=2.90% (SE 0.77%)
阅读提示:Results中的GWAS小节及Table 2
PRS验证
All of Us队列PRS模型:调整年龄、出生性别和5个遗传主成分;病例定义:自我报告耳聋(N=9,365),对照N=99,731;PTA PRS OR=1.09 (95% CI 1.07-1.12),ICD PRS OR=1.00 (95% CI 0.97-1.02)
阅读提示:Methods中的Validation via Polygenic Risk Scores in All of Us小节及Figure 3