研究人员利用新创建的工具发现了COVID-19易感性的机制。这个名为GASPACHO的工具捕捉了先天免疫反应中基因表达的动态变化，使研究人员能够识别与疾病风险相关的基因和分子途径，这些以前太复杂以至于无法检测或解释。
利用GASPACHO（GAuSsian Processes for Association mapping leveraging Cell HeterOgeneity）工具，来自威康桑格研究所、日本国立儿童健康和发育中心、特拉维夫大学及其合作者的研究人员已经确定了影响COVID-19易感性的基因变异。
了解对COVID-19感染和严重程度有贡献的遗传因素，可能为疾病发病机制提供新的生物学见解，并确定治疗靶点。人们希望这个工具能够被应用于发现其他人类疾病易感性机制。
发表在《自然遗传学》上的研究有助于揭示特定基因、它们的表达水平以及它们在疾病易感性中的潜在联系。该团队通过一项COVID-19病例研究突出了该工具的实用性。
人们对COVID-19的反应存在很大的差异。大约80%的感染者经历轻度至中度的疾病，而一些人将主要经历更严重的呼吸症状，需要住院甚至重症监护。部分差异可能归因于我们基因的不同，特别是我们对基因表达的遗传调控的差异。
影响基因表达的区域称为表达定量性状位点（eQTLs）。这些就像我们DNA中的路标，指示着哪些遗传变异与特定基因的表达变化相关，影响着一个基因的表达多少，导致该基因产生的蛋白质水平的差异。
虽然全基因组关联研究（GWAS）已经确定了许多涉及基因表达的疾病相关变异，涉及eQTLs的参与，但它们无法展示任何因果关系。然而，全基因组eQTL映射显示了揭示疾病结果变异的潜力。
在这项新研究中，科学家们着手通过映射eQTL来探索特定患者的免疫反应。他们采用了一种新颖的方法，展示了细胞内遗传变异如何影响个体之间的整体免疫反应。
来自威康桑格研究所及其在日本和特拉维夫大学的合作者，触发了来自68名健康供体的人类成纤维细胞中的抗病毒反应，然后利用单细胞转录组学对其进行了描述，以测试GASPACHO。
该工具使用非线性回归建模来捕捉免疫反应不同阶段发生的eQTL的动态变化。与先前聚合单细胞数据的eQTL映射尝试不同，GASPACHO能够以细胞特异性的分辨率跟踪随时间和个体细胞的变化。
该团队在基因组内确定了1,275个eQTLs，它们在人类先天免疫反应中改变了基因表达，在40种免疫相关疾病（如克罗恩病和糖尿病）中具有相关性。
研究人员发现，当将该工具应用于调查COVID-19结果的变异时，更有可能感染COVID-19的人群中，OAS1基因表达较低。OAS1基因编码了参与清除细胞中病毒RNA的蛋白质。
在COVID-19患者中，与参考基因型组相比，研究人员发现鼻上皮细胞以及血液中的单核细胞中OAS1的表达较低——这两种是病毒的靶细胞类型。他们的研究结果表明，在这些靶细胞类型中，OAS1表达可能会受到一种常见的剪接变异OAS1剪接QTL的调控。这是在外显子和内含子边界的DNA序列的遗传改变。在这些细胞中，剪接变异可能会直接影响个体中病毒RNA清除的效力，解释了COVID-19患者群体中受损的临床结果。
尽管这种遗传改变需要进一步探索才能充分理解其作用，但它提供了有关COVID-19易感性以及其他免疫相关疾病的分子机制的见解，为开发利用这些遗传机制的潜在疗法奠定了基础。
日本国立儿童健康和发育中心的研究的第一作者熊坂夏彦博士表示：“我们可能将来可以在药物发现中使用OAS1和同一级联中的其他基因，但需要进行更多研究以了解OAS1或相关基因可能对COVID-19产生贡献的具体机制。”
特拉维夫大学研究的共同作者之一Tzachi Hagai博士表示：“我们的基因构成中的微小差异如何影响我们的健康和对疾病的易感性，从而影响我们的基因活跃度，这真是了不起。虽然宿主特异性基因因素只是谜题的一部分，但我们的工作揭示了潜在特征、疾病和药物反应的分子机制，以及这些机制如何与更广泛的环境、临床和社会因素相互作用。”
“这里的发现强调了持续的科学研究对于解开人类遗传学与病原体感染结果之间复杂相互作用的重要性，包括新兴病毒如SARS-CoV-2。”
来自威康桑格研究所的共同作者Sarah Teichmann博士表示：“这个新工具将对从人类细胞图谱产生的大量数据中提取有意义的见解至关重要。我们希望利用这个工具揭示许多潜在的基因机制，最终找到有助于开发治疗多种疾病的新药物靶点。”
