背景：二型糖尿病(T2DM)在全球范围内正以令人担忧的速度增长，随之而来的卫生保健的财政负担也在增加。T2DM是一种复杂的多因素疾病，有多种驱动因素，包括肥胖和生活方式。仅靠生活方式干预并不总是足以控制血糖。一旦T2DM被确诊，全球卫生专业人员一致开出二甲双胍。二甲双胍比其他抗糖尿病药物更有效、更便宜、更安全。最初的报告表明，大多数人耐受二甲双胍，约30%的人表现出轻度胃肠道副作用，约5%的人表现出严重不耐受。除了T2DM，二甲双胍也用于治疗多囊卵巢综合征(PCOS ),并预计在不久的将来用于治疗或预防癌症。

二甲双胍的作用机制包括线粒体复合物1抑制、AMPK激活、环磷酸腺苷水平降低和肠道微生物相互作用。这些机制解释了二甲双胍药物的部分益处，确切的分子机制仍不清楚。目前，T2DM的治疗指南采用了一种通用的方法，没有考虑药物反应的个体差异。最近的文献报道约50%的T2DM在二甲双胍治疗后未能达到血糖目标。有报道称，在T2DM，二甲双胍反应存在个体间差异，这可能是受影响不大的等位基因变异体的影响。有几个候选研究评估有机阳离子转运蛋白(OCT)基因和多药和毒素挤出(MATE)基因的作用。全基因组关联研究(GW AS)也发现ATM、CPA6、PRPF31和STAT基因的多种变异与二甲双胍反应相关。然而，这些变异只占二甲双胍治疗反应的一小部分。因此，需要通过各种组学策略来促进研究，以开发具有高治疗功效的生物标志物。

转录组研究表明，二甲双胍参与肠道免疫网络中IgA产生的差异表达、细胞因子受体相互作用途径以及参与胰岛素产生和胆固醇稳态的基因。二甲双胍反应的体内定量评估揭示了肝脏中的AMPK依赖性和独立网络。代谢物分析显示，二甲双胍药物无反应组和反应组的代谢物(如柠檬酸、肌醇和马尿酸)水平存在显著差异。Udhane等人进行了代谢组和转录组的联合分析。他们表明二甲双胍影响葡萄糖、雄激素、能量代谢、免疫系统、细胞周期和性类固醇生物合成。这些评估集中于研究二甲双胍对各种基因、途径和网络的影响。

目的：二甲双胍广泛用于治疗T2DM患者。临床上，二甲双胍反应的个体间差异是一个值得关注的问题，并正在研究中。在这项研究中，进行了靶向外显子组和全转录组分析，以确定未用药的T2DM个体中二甲双胍反应的预测生物标志物。

方法：采用前瞻性研究设计。招募了未服用药物的T2DM个体(n = 192)和对照组(n = 223)。T2DM个体接受二甲双胍单药治疗，并根据三个月内糖化血红蛋白的变化定义为有反应者和无反应者。T2DM个体用于最终分析，其余样本在随访期间丢失。进行靶向外显子组测序和RNA-seq以分析遗传和转录组谱。使用TaqMan试验通过基因分型和等位基因特异性基因表达来验证选择的SNPs。使用各种工具和数据库进行基因优先排序、富集分析、药物-基因相互作用、疾病-基因关联和相关性分析。

结果：SLC22A4中rs1050152和rs272893与二甲双胍疗效改善相关。在无应答者中观察到PPARGC1A的拷贝数丢失。表达分析强调了预测二甲双胍反应(n = 35)和T2DM (n = 14)的潜在差异表达目标。GDF15、TWISTNB和RPL36A基因的表达与HbA1c水平的变化最相关。疾病-基因关联分析强调MAGI2 rs113805659与T2DM相关。

图1描述研究工作流程的详细流程图

图2靶向外显子组测序的汇总统计a变体分类b每个样品的SNV c类变体d前10个突变基因e样品中突变的百分比

图3使用mafTool分析应答者和非应答者之间的关联

图4使用CNVKit在应答者和无应答者中观察到的拷贝数差异

图5在研究人群中差异表达的基因。Circos图显示了人类基因组中的差异基因表达。从外到内代表：Fc>2(上调)或<−2(下调)，fdr<5%，p值<0.05的基因名称(浅蓝色，二甲双敏_SET_1；紫色，T2D_SET_1；黄色，T2D_SET_2；橙色，二甲双敏_SET_2)；响应者与对照组之间的log2FC；无应答者与对照组，以及无应答者与应答者。B热图显示无应答者(NR)与应答者(R)、应答者(R)与对照组(C)以及无应答者(NR)与对照组(C)中丰富基因的log2FC

结论：本研究结果为T2DM人群中与二甲双胍药物反应相关的遗传变异、干扰转录组、等位基因特异性基因表达和途径提供了证据。

原文出处：Vohra M,  Sharma AR,  Mallya S,et al.Implications of genetic variations, differential gene expression, and allele-specific expression on metformin response in drug-naïve type 2 diabetes.J Endocrinol Invest 2022 Dec 18