日本人におけるレアバリアントの心筋梗塞発症への関与を解明

コレステロール値・発症年齢に大きく寄与する遺伝子変化

コレステロール値・発症年齢に大きく寄与する遺伝子変化

2018-05-25 東京大学,理化学研究所,日本医療研究開発機構

発表者

森田啓行（東京大学大学院医学系研究科／東京大学医学部附属病院循環器内科講師）
小室一成（東京大学大学院医学系研究科／東京大学医学部附属病院循環器内科教授）
田島知幸（研究当時：東京大学大学院医学系研究科医学博士課程／理化学研究所生命医科学研究センター研修生、(研究当時)
伊藤薫（理化学研究所生命医科学研究センター循環器疾患研究チームチームリーダー）
桃沢幸秀（理化学研究所生命医科学研究センター基盤技術開発研究チームチームリーダー）

発表のポイント

日本人における「レアバリアント」の心筋梗塞発症への関与を解明しました。
今回発見した「レアバリアント」はこれまでに多数報告されたSNP（一塩基多型）とは異なり、頻度は低いが単独でコレステロール値・発症年齢に大きな影響を及ぼす遺伝子変化です。
ゲノム解析結果を礎に予防医療を選択する「ゲノムガイド精密医療（Genome-guided precision medicine）」開発への道を拓く成果です。

発表概要

東京大学大学院医学系研究科循環器内科の森田啓行講師と小室一成教授、東京大学大学院医学系研究科医学博士課程／理化学研究所生命医科学研究センター研修生(研究当時) の田島知幸、理化学研究所生命医科学研究センター循環器疾患研究チームの伊藤薫チームリーダーと基盤技術開発研究チームの桃沢幸秀チームリーダーは、大規模ヒトゲノム研究を行い、日本人における心筋梗塞発症と強く関係する遺伝子変化を明らかにしました。心筋梗塞と関係するSNP（一塩基多型、注1）に関してはこれまでにも多くの報告がありますが、それらが単独で臨床所見に与える影響は小さく臨床的有用性は未だ明らかになっていません。今回発見された遺伝要因は、SNPよりも頻度は低いもののインパクトはより大きな遺伝子変化「レアバリアント（注2）」（一般人口の5%未満に分布）です。2つの脂質関連遺伝子LDLRおよびPCSK9に起こるこの遺伝子変化は単独で血液中のLDLコレステロール値を規定し、心筋梗塞発症リスク、さらには心筋梗塞発症年齢にも影響を及ぼします。脂質異常症と関連するLDLRおよびPCSK9のレアバリアントを有する個人を血中脂質上昇前の早期に割り出すことにより、特にその個人を対象に積極的脂質降下療法を開始し将来の心筋梗塞発症を抑えることが可能となります。今回の知見は、近未来のゲノムガイド精密医療開発に大いに貢献すると考えられます。

本研究成果は、日本時間5月25日にScientific Reportsにて発表されます。なお本研究は、日本医療研究開発機構（AMED）オーダーメイド医療の実現プログラム「疾患関連遺伝子等の探索を効率化するための遺伝子多型情報の高度化」（研究代表者：久保充明理化学研究所統合生命医科学研究センター・副センター長）等の支援を受けて行われました。

発表内容

心筋梗塞発症のリスク因子として喫煙、肥満、高コレステロール血症、糖尿病、高血圧などが知られていますが、それら「生活習慣」や「環境リスク」以外にSNP（一塩基多型）など遺伝要因が複数組み合わさって発症しやすさが規定されていることも分かってきました。このような心筋梗塞に関連するSNPは最近10年間で約160個、同定されています。確かにこれらのSNPは心筋梗塞発症と有意に相関しますが、各SNPの単独の効果は軽微で、発症しやすさの予測を目的とした、生活習慣や環境リスクと遺伝リスクを組み合わせたアルゴリズムが確立されていない現在、はたしてSNP情報だけで発症予測が可能なのかどうか、すなわちSNP情報は臨床的に有用であるか否かを結論できない状況にあります。

そのような状況下にあって、SNPと比較して頻度は低いものの単独の効果はより大きな遺伝子変化「レアバリアント」は臨床応用に適した遺伝子変化として大いに期待されています。欧米では心筋梗塞発症と相関するレアバリアントを探索する大規模ヒトゲノム研究が始まり既に成果が出始めています。欧米と日本では人種の違いから遺伝子変化の分布が大きく異なるため、欧米でのヒトゲノム解析の結果を日本の診療現場にそのままあてはめることはできません。日本独自のヒトゲノム解析が必要とされる所以です。

そこで今回、日本人心筋梗塞患者約1万例のゲノムを用いて心筋梗塞発症と相関するレアバリアント探索を行いました。具体的には、これまでの国内外の冠動脈疾患相関SNP解析（ゲノムワイド相関解析）結果をふまえて候補遺伝子を36遺伝子に絞り込みました。心筋梗塞群9,956例および健常対照群8,373例を対象に、multiplex PCR法を用いて36遺伝子のエクソン領域を標的にゲノムDNAを増幅後、次世代シークエンサーを用いて高速シークエンスを行いました。

その結果、single variant test（variantを個別に比較する手法）で脂質関連遺伝子PCSK9 に起こる遺伝子変化PCSK9 E32K variant（rs55505604）が心筋梗塞発症と相関する（心筋梗塞群1.5% vs 健常対照群0.9%、オッズ比1.7、p=3.5×10^-7）ことが示されました。このPCSK9 E32K variantは家族性高コレステロール血症の原因変異として既に報告されている遺伝子変化です。また、gene-based test（variantを遺伝子ごとに比較する手法）では脂質関連遺伝子であるLDLR遺伝子のdamaging variants（機能を低下させる遺伝子変化）集積（CAST法：心筋梗塞群合計0.9% vs 健常対照群合計0.2%、オッズ比4.4、p=7.2×10^-10）、および PCSK9遺伝子の機能獲得型レアバリアント集積（CAST法：心筋梗塞群合計5.6% vs 健常対照群合計4.5%、オッズ比1.3、p=1.0×10^-4）が心筋梗塞発症と有意に相関することが分かりました。一方、PCSK9遺伝子の機能喪失型レアバリアント集積（CAST法：心筋梗塞群合計1.6% vs 健常対照群合計2.4%、オッズ比0.7、p=1.1×10^-4）が心筋梗塞発症に対して抑制的に作用することも明らかにされました（図1）。これらLDLR、PCSK9はいずれも脂質関連遺伝子であり、LDLR遺伝子に同定されたvariantの約40%、PCSK9遺伝子に同定されたvariantの約20%はこれまで国内外の家族性高コレステロール血症患者に報告された遺伝子変化と一致しました。

遺伝子解析後に、それぞれのレアバリアント群（non-carrier、 non-synonymous、damaging、disruptive（null））の血中LDLコレステロール値および心筋梗塞発症年齢を評価し、相互比較を行いました。LDLR遺伝子に関してはnon-carrier、non-synonymous、damaging、disruptive（null）と、variantのインパクトが大きくなるにつれてLDLコレステロール値が上昇、心筋梗塞発症も若年化する、という結果が得られました。また、PCSK9遺伝子に関しては、機能獲得型レアバリアント群ではLDLコレステロール値が上昇、心筋梗塞発症も若年化する一方で、機能喪失型レアバリアント群ではLDLコレステロール値が低下するという双極性の変化が観察されました。今回同定されたレアバリアントは血中LDLコレステロール値変化と相関し、心筋梗塞発症リスク、さらには発症年齢に影響を及ぼすと考えられます。

このように日本人心筋梗塞患者約1万例のゲノムを用いて心筋梗塞発症と相関するレアバリアント探索を行った結果、脂質関連遺伝子LDLR、PCSK9のレアバリアント集積が心筋梗塞発症と強く相関していることを見出しました。欧米の検討でもLDLRのレアバリアント集積が心筋梗塞発症と強く相関していることは報告されています。人種を越えて脂質異常症をきたす遺伝要因が心筋梗塞発症とも相関するという事実から判断すると、家族性高コレステロール血症という「遺伝性」病態にみられるのと同様、「脂質異常症 → 心筋梗塞」という臨床的パスウェイは、一般の集団でも遺伝的に規定されて普遍的に成立していると言えます。また、LDLコレステロール降下療法が心筋梗塞予防の最重要戦略であることも示唆しています。家族性高コレステロール血症の家族歴の有無にかかわらず、若年期のうちにLDLR、PCSK9遺伝子をシークエンス解析し、レアバリアントを保有する個人ではLDLコレステロール値を継続的に評価し、早期から徹底した降下療法を開始することにより将来の心筋梗塞発症を予防することが可能になると考えられます。今回の研究により、ゲノム解析結果を礎に予防医療を選択する「ゲノムガイド精密医療」開発への道を拓く成果が得られました。

発表雑誌

雑誌名：: Scientific Reports
論文タイトル：: Blood lipid-related low-frequency variants in LDLR and PCSK9 are associated with onset age and risk of myocardial infarction in Japanese.
著者：: Tomoyuki Tajima, Hiroyuki Morita*, Kaoru Ito*, Tsutomu Yamazaki, Michiaki Kubo, Issei Komuro, Yukihide Momozawa*
DOI番号：: 10.1038/s41598-018-26453-x
アブストラクトURL：: www.nature.com/articles/s41598-018-26453-x

用語解説

（注1）一塩基多型：SNP（Single Nucleotide Polymorphism）: 一般人口の約5%以上に存在する高頻度の遺伝子変化（common variant）。単独での効果は弱いが、複数が組み合わさって疾患の発症素因が形成されていると考えられる。
（注2）レアバリアント（rare variant）: 一般人口の約5%未満にしか存在しない遺伝子変化。疾患発症に影響を与えている遺伝子変化として注目されている。