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骨质疏松是一种全身性骨代谢疾病,其特征表现为骨密度(bone mineral density,BMD)下降,骨微结构退化以及低创伤性骨折风险的增加,作为复杂疾病由多基因、环境以及它们相互作用共同影响。BMD作为骨质疏松风险预测最常用的指标,是一个高度遗传的性状,其遗传力高达0.85。全基因组关联分析(genome-wide association studies,GWAS)已经鉴定了数以百计的与人类复杂疾病相关的遗传位点,结果仅仅解释了复杂性状/疾病遗传力的小部分。有研究表明肥胖和T2D的发生发展与骨质疏松的发生发展存在一定的联系,GWAS也证实了它们之间存在共同的遗传,但这些基因只能解释极少量的遗传信息。本研究运用新开发的遗传基因多效性统计分析方法—多效条件错误发现率的方法(pleiotropy-informed conditional false discovery rate,cFDR)来分析现有的骨质疏松性状股骨颈骨密度(femoral neck bone mineral density,FN BMD)和肥胖性状身体质量指数(body mass index,BMI)和腰臀比(waist-hip ratio,WHR)以及 T2D 的 GWAS Meta汇总统计数据,系统地鉴定骨质疏松与肥胖以及与T2D的共享遗传多效位点及基因。1.骨质疏松与肥胖多效分析的GWAS Meta汇总统计数据是来自于骨质疏松性状FN BMD和肥胖性状BMI和WHR的分析结果,该数据是分析时研究领域中最大的或是最新的GWAS Meta分析结果。通过条件分层Q-Q图来估计相互影响的两个表型/性状的多效基因富集情况,发现FN BMD和BMI以及WHR存在多效基因富集现象。运用cFDR方法分析,本研究鉴定到了 39个变异位点与FNBMD相关,159个变异位点与BMI相关,以及20个变异位点与WHR相关(cFDR<0.05)。除此之外,本研究鉴定到了 rs3759579(MARK3)、rs2178950(TRPS1)、rs 1473(PUM1)、rs9825174(XXYLT1)、rs2047937(ZNF423)、rs17277372(DNM3)和 rs335170(PRDM6)7 个骨质疏松和肥胖的多效变异位点(conjunction cFDR<0.05),并首次发现这7个位点/基因的多效性,其中4个变异位点与FN BMD和BMI相关,3个变异位点与FN BMD和WHR相关。基因差异表达分析表明,PUM1基因在骨质疏松相关细胞(B淋巴细胞)和肥胖相关细胞(脂肪细胞)的不同组中存在着差异表达。骨组织中的WGCNA结果表明PUM1与已知的骨质疏松关联基因的表达呈正相关(AKAP11、JAG1和SPTBN1)。ZNF423是骨质疏松基因模块中的一个中心节点基因(hub基因),和模块内21个已知骨质疏松症关联基因共表达关系密切,包括JAG1、EN1和FAM3C等。统计分析表明,PUM1是肥胖和骨质疏松重要的新的潜在多效基因。2.骨质疏松与T2D多效分析的GWAS Meta汇总统计数据来自于骨质疏松性状FN BMD和T2D的GWAS Meta分析结果,是分析时最大的或是最新的。通过FNBMD和T2D的条件分层Q-Q图,发现这两个表型之间存在多效基因富集现象。对FN BMD和T2D的GWAS Meta汇总统计数据进行cFDR分析,发现27个变异位点与FN BMD显著相关,61个变异位点与T2D显著相关(cFDR<0.05)。同时,该分析鉴定到了 4个新的FN BMD和T2D多效变异位点(conjunction cFDR<0.05),分别为 rs7068487(PLEKHA1)、rs10885421(TCF7L2)、rs944082(GNG12-AS1(WLS))和 rs2065929(PIFO‖PGCP1)。基因差异表达分析表明,PLEKHA1的表达在高低BMD组的血液中单核细胞以及糖尿病和非糖尿病患者的外周血单个核细胞中存在显著差异。WGCNA结果显示,PLEKHA1和TCF7L2在骨组织和胰岛中与多个骨质疏松和T2D关联基因共表达(如JAG、EN1、CPE等)。双性状精细定位表明rs11200594是PLEKHA1上的一个潜在因果变异位点。功能分析发现,rs11200594在多种组织中作为自身基因的eQTLL位点(如外周血细胞、脂肪和子宫),并且与这个基因座中的多个功能变异位点处于高度连锁不平衡,比如其中的rs71486610,具有多种功能(启动子,DNA酶Ⅰ高敏感区域(DHS),eQTL和转录因子结合位点)。本研究表明,PLEKHA1是骨质疏松和T2D的重要潜在多效基因。通过cFDR的方法整合分析现有的GWAS Meta汇总统计数据,本研究鉴定到了多个与FNBMD、BMI、WHR和T2D相关的变异位点,以及7个骨质疏松和肥胖的多效变异位点和4个FN BMD和T2D多效变异位点,并首次发现这些位点/基因的多效作用。这些发现有助于更好地理解肥胖、T2D与骨质疏松之间的遗传基础和共发病机制。同时,为进一步的生物学功能实验以及临床验证提供理论依据以及新的方向和思路。