TITLE ：Genome-wide methylation and expression analyses reveal the epigenetic landscape of immune-related diseases for tobacco smoking
译名：WGBS和RNA-seq揭示与吸烟有关的免疫相关疾病的表观遗传机制
期刊：Clinical Epigenetics
日期：12月
下载链接：https：///10.1186/s13148-021-01208-0
研究介绍
吸烟是肺癌、慢性阻塞性肺病（COPD）、心血管疾病（CVD）的主要致病危险因素，是世界上可预防的主要死亡原因。香烟烟雾的成分涉及免疫和炎症过程，这可能会增加香烟烟雾相关疾病的患病率。然而，将吸烟与疾病联系起来的潜在分子机制尚未得到很好的探索。
研究目的
本研究通过分析吸烟者和非吸烟者的WGBS和RNA-seq数据：
（1）描述烟草暴露对中国成年男性吸烟者全基因组DNA甲基化变化的影响；
（2）探讨吸烟相关甲基化与相应RNA表达的关系；
（3）整合DNA甲基化、RNA表达和细胞因子浓度的结果，从多个层面揭示吸烟对吸烟者影响的分子机制，探索吸烟与相关疾病之间的关系。
材料与方法
为了克服目前DNA甲基化技术在全基因组中仅能捕获有限数量CpG位点的局限性，我们对72名男性进行了全基因组甲基化测序（WGBS）。根据我们的全基因组测序（WGS）数据集，去除罕见变异（MAF < 0.05）。我们还对75名当地男性个体进行了RNA测序分析（RNA-seq），目的是在基因组水平上发现吸烟者和非吸烟者之间的差异表达基因。
结果
图2 WGBS捕获CpGs的基因组分布。
根据CpG密度（A）和基因组位置（B）总结了CpG的分布。C 全基因组各位点甲基化水平密度的分布。注：X =甲基化程度；Y =甲基化程度对应的CpG位点密度；WGBS=全基因组甲基化测序。
图3 SM-DMRs在全基因组中的分布。
A 吸烟与整个基因组的DNA甲基化变化有关。圆圈代表高甲基化（外圈，红色）和低甲基化（内圈，蓝色）的DNA甲基化水平。每个条的高度表示吸烟者和非吸烟者之间的甲基化变化。B 基于基因组位置总结的DMR的分布比例和富集结果。图中红色和蓝色条表示 SM-DMR，每个灰色条是每个基因组特征的1000组控制区域的平均比例。显着性水平和标准差如图所示（*P < 0.05，**P < 0.01）。C SM-DMRs基于Roadmap Epigenomics Project在不同细胞类型和组织中的表观基因组注释富集结果。一个节点代表特定细胞类型或组织中特定染色质状态的 SM-DMRs的富集结果。节点颜色指的是富集方向（log2Fold Change），大小表示显着性水平。通过模拟基因组中1000组对照区域的无效分布来生成经验P值。D KEGG通路富集分析高甲基化和低甲基化DMG（前 15 条通路）。
图 4 在甲基化和RNA表达中检测到的基因。
A 火山图显示了吸烟者和非吸烟者之间差异表达的基因。每个点对应一个基因，颜色对应方向。B 通过 DisGeNET 对 DEG 进行通路富集分析。C DMGs和DEGs之间的重叠基因。D 通过DisGeNET对甲基化和mRNA数据集中重叠基因的通路富集分析。点图中显示了20个最显着富集的途径。基因比率是指属于特定术语的DEG的比例。节点大小（计数）是指每个术语中的 DEG 数，颜色表示显着性水平（- log10 P 值）。DMGs差异甲基化基因、DEGs差异表达基因。
图5 各靶基因甲基化与表达水平的相关性分析。
每个点对应一个样本，颜色对应每个组。直线代表拟合曲线，R和P值分别代表Spearman相关系数和P值。
图6 吸烟者和非吸烟者在VEGF和VEGFR1上的差异。
吸烟者和非吸烟者之间VEGF细胞因子水平（A）和FLT1/VEGFR1 RNA表达（C）水平的比较。吸烟者和非吸烟者之间的FLT1/VEGFR1甲基化水平（B）。VEGF及其受体 （D）。每个点对应一个样本，颜色对应每个组。VEGF血管内皮生长因子，VEGFR1血管内皮生长因子受体1。
结论
本研究对人类全血全基因组甲基化测序和转录组测序进行了分析，发现吸烟诱导的DMR在吸烟者和非吸烟者之间的高甲基化和低甲基化区域具有不同的分布模式。通过对DNA甲基化组和转录组数据的多组学整合分析，进一步鉴定和验证了与吸烟相关的DMG和DEG。这些发现为我们提供了吸烟引起的分子变化的综合基因组图谱，这将增强我们对吸烟危害及其与疾病关系的理解。
END
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