欧洲新石器时代后的遗传适应与炎症性疾病风险增加

文章新石器时代后欧洲对病原体的遗传适应和炎症性疾病风险的增加图形摘要亮点d古代基因组学研究可以检测自然选择随时间推移欧洲的遗传适应主要发生在青铜时代开始之后。免疫基因受到积极和消极选择的强烈影响。近千年来，作者Gaspard Kerner，Anna-LenaNeehus，Quentin Philippot，.，Etienne Patin，Guillaume Laval，Lluis Quintana-Murci通信gakerner@pasteur.fr（G.K.），quintana@pasteur.fr（L.Q.- M.）简言之Kerner等人分析了古代人类的基因组，以重建过去10，000年来宿主-病原体相互作用的历史。他们发现，遗传适应主要发生在青铜时代之后，并表明新石器时代后的欧洲人在遗传适应传染病之后，炎症性疾病的风险增加了。Kerner等人，2023，细胞基因组学3，1002482023年2月8日，作者（S）。https://doi.org/10.1016/j.xgen.2022.100248会会~开放获取文章新石器时代后欧洲对病原体的遗传适应和炎症性疾病风险的增加Gaspard Kerner，1，*Anna-Lena Neehus，2，3Quentin Philippot，2，3Jonathan Bohlen，2，3Darawan Rinchai，4Nacim Kerrouche，4Anne Puel，2，3Shen-Ying Zhang，2，3，4Ste 'phanie Boisson-Dupuis，2，3，4Laurent Abel，2，3，4Jean-Laurent Casanova，2，3，4，5，6Etienne Patin，1，8Guillaume Laval，1，8and Lluis Quintana-Murci1，7，8，9，*1Institut Pasteur，Universite 'Paris Cite'，CNRS UMR 2000，Human Evolutionary Genetics Unit，75015 Paris，France2传染病人类遗传学实验室，法国3University Paris Cite '，Imagine Institute，75015 Paris，France第四街Giles传染病人类遗传学实验室，洛克菲勒大学，纽约，NY 10065，美国5Howard Hughes Medical Institute，New York，NY 10065，USA6法国巴黎75015 Necker儿童医院儿科7法国巴黎75005Colle`gedeFrance人类基因组学与进化主席8资深作者9引线触点* 通信：gakerner@pasteur.fr（G.K.），quintana@pasteur.fr（L.Q.- M.）https://doi.org/10.1016/j.xgen.2022.100248总结古代基因组学可以直接检测人类对环境线索的遗传适应然而，目前尚不清楚病原体如何在不同时期对人类基因组多样性施加选择性压力，并影响当今的炎症性疾病风险。在这里，我们使用一个具有祖先意识的近似贝叶斯计算框架来估计过去10，000年中作用于2，879个古代和现代欧洲基因组我们发现，大部分遗传适应发生在4,500年前的青铜时代开始之后，并且富含与宿主-病原体相互作用相关的基因此外，我们检测到定向选择作用于特定的白细胞系，并通过实验证明免疫基因中最强的负选择候选变异体，脂多糖结合蛋白（LBP）D283G，是亚型的。最后，我们的分析表明，在新石器时代后的欧洲人中，炎症性疾病的风险增加了，这可能是因为对病原体的遗传适应后的拮抗多效性。介绍在人类历史上，传染病一直是人类死亡的主要原因1，2自20世纪50年代发现红细胞疾病的杂合性提供了一些抵御疟疾的保护以来，群体遗传学研究支持了病原体是人类面临的最强选择力[3]越来越多参与宿主-病原体相互作用的基因被确定为自然选择的目标4首先，人们对人类最容易接触病原体和病原体介导的选择的特定时期知之甚少有人认为，1万年前开始的以农业为基础的生活方式的转变增加了对致命微生物的暴露，包括密度依赖性病毒和人畜共患病，912，13其次，宿主防御，包括白细胞谱系的参与，其定性和定量疾病与常见和罕见疾病相关，14这种暴露尚未被探索。第三，近几个世纪以来，寿命预期的提高18导致了自身炎症和自身免疫性疾病患病率的增加，但据推测，这种增加也是长期病原体压力和所选基因产物的拮抗性多效性的结果。19-21拮抗性多效性假说得到了感染性和炎症性性状的基础基因座之间的重叠22、23以及几种多效性变体的发现的支持，这些变体赋予了针对感染性疾病的保护作用和对一些慢性炎症或自身免疫性病症的易感性。22-HLA-B27和强直性脊柱关节炎以及HLA-DQ 8和1型糖尿病）。29-25，26，34-Cell Genomics3，100248，February 8，2023？ 2022作者。1这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。会开放获取文章2Cell Genomics3，100248，2023长期以来，对人类群体中正选择（有益等位基因频率的快速增加）或负选择（有害变异的去除）的检测一直局限于对当代个体遗传变异模式的统计推断近年来，越来越多的古DNA（aDNA）数据的可用性极大地促进了人类遗传适应的研究。过去和现在的等位基因频率的直接比较提供了新的见解基因和功能参与人类适应环境变化后的文化转型。40-43另一项研究探讨了欧洲人抵达美洲如何改变了美洲原住民对新病原体的接触。比较加拿大第一民族人口与欧洲人第一次接触前后的基因组数据显示，土著人口中以前有益的HLA-DQA1[44]这些研究强调了对古代基因组的分析如何揭示选择下的特定遗传变异，但我们仍然缺乏对人类历史中影响宿主防御基因的选择力量以及这些力量运作的时间的全面了解。古代基因组学为我们提供了一个独特的机会，以确定对感染性疾病的抵抗力和对炎症性疾病的易感性在最近的过去是否发生了变化。此外，aDNA数据可用于检测经受复杂选择模型的变体，例如时间依赖性选择，包括从头选择或由突然的环境变化引起的持续变异（例如，流行病）。例如，最近的一项研究表明，在过去的2,000年里，负选择导致了一种有3万年历史的结核病（TB）风险变体的频率迅速下降，这表明结核病最近在欧洲造成了沉重的负担。在这项研究中，我们试图通过检测受自然选择影响的免疫基因（IG）变体来重建宿主-病原体相互作用的历史，从而调节过去10，000年来感染性和/或炎症性疾病的风险。为此，我们通过在祖先感知近似贝叶斯计算（ABC）框架中分析2，879个古代和现代欧洲基因组，在全基因组范围内探索了正选择和负选择的强度和时间。结果从aDNA数据推断正选择的强度和开始我们收集了一个全基因组数据集，对应于2，376个古代和503个现代欧亚西部血统的个体，并计算了1，233，013个多态位点的等位基因频率轨迹，涵盖了新石器时代，青铜时代，铁器时代，中世纪和现在（STAR方法）。使用基于模拟的ABC45和计算的轨迹，我们估计了每个衍生等位基因的选择系数（s）和选择开始时间（T）。如果一个变异体的s值高于99%的s值，我们认为它是阳性选择的候选者模拟中性变体的配对（psel 0.01）。我们使用人口统计学模型35来解释（1）对当代人类遗传多样性有贡献的主要迁徙运动，欧洲人，即，安纳托利亚农民的到来~8，500 ya46，47与Yamnaya文化相关的人口约为4，500 ya;48，49（2）不同时间的不均匀抽样，模拟数据与观察到的数字相匹配古代和现代的DNA数据;和（3）祖先的变化跨越时代，通过匹配观察到的安纳托利亚和庞蒂克草原祖先（STAR方法）。我们的模拟显示，s的估计高度准确（模拟值和估计值之间的r2= 0.93;图S1A-S1 E），并且在遗传漂移和混合物的存在下，从s检测选择的能力>75%，而此外，选择信号的检测不会受到假阳性的虚假影响，如通过I型错误率测量的（图S2D）。尽管T的估计准确性较低（r2= 0.76;图S1 B），但我们的方法仍然区分了所选在青铜时代开始之前和之后，约4，500 ya（F1评分= 0.85;图S1 C）。当应用ABC方法时，根据经验数据，我们复制了12个先前显示在欧洲43中经受正选择的基因座（基于每个基因座用于正选择的R3候选变体的相同标准）。这些基因座包括与宿主防御（HLA和TLR 10-TLR 1-TLR6）、皮肤色素沉着（SLC 45 A2和GRM 5）和代谢（MCM6/LCT、SLC 22 A4和FADS 1）相关的基因（图1A;表S1）。我们的方法的准确性进一步说明了乳糖酶持久性等位基因（rs4988235）的s50，51更一般地，我们观察到比中性下预期的具有高s值的变体更多，这支持在显示最高s值的基因座中存在真阳性信号（图S2E）。我们的方法扩展了以前的研究，不仅确定了已知的和未经报道的候选选择，而且还提供了整个基因组的选择参数，s和T的估计。正选择已经普遍影响了欧洲人的宿主我们通过关注具有最高比例的候选变体的前2.5%的基因座，即，在连锁不平衡（LD）组的基础上定义的区域含有>7.5%的候选阳性选择的衍生变体（psel 0.01;STAR方法）。我们确定了102个候选位点的积极选择，其中89个是非连续的。这些基因座在基因本体论（GO）类别中富集，例如这89个基因座也在IG的策划列表中富集（STAR方法），无论我们是否考虑所有候选基因座，Cell Genomics3，100248，2023年2月8日3会开放获取文章图1.全基因组阳性选择(A)检验aDNA数据集中每个基因组标记的阳性选择（-log10（psel））和选择系数估计值（psel 0.1） 经验零分布由β分布近似，并且p值对应于经验p值和来自β近似的p值之间的最小值。虚线指示-log10（p sel）= 2。向上指的粉红色三角形和向下指的黄色三角形分别对应于在青铜时代开始之前和之后选择的89个候选基因座中的每一个上具有最小psel的89个SNP。选择开始的时间估计为在每个基因座处psel 10- 2的所有SNP的平均T指出了几个用于正选择的候选基因，并指出了宿主防御基因。以粗体突出显示在89个富集基因座之外具有psel10- 4的变体以灰色着色（B和C）（B）LCT基因座（rs4988235）和（C）ABO基因座（rs8176635）处最显著变异的频率轨迹。频率轨迹周围的灰色阴影表示每个时期中变异频率估计的95%CI的下限和上限。(D)每个LD组的单个随机选择的候选SNP在青铜时代开始之前或之后在1,000次重复中具有估计T的平均次数。每个条形图的误差条表示获得的分布的标准差（SD）。我们还包括基于89个LD组中的每一个的psel0.01的所有SNP的平均值T（矩形）或基于每个LD组的psel最小的SNP（圆形）的估计。另见图S1基因（OR = 1.6，p = 8.03 10- 3），或者，为了解释基因聚集，每个位点单个基因（28/89个位点; OR = 1.6，p = 8.0 3100.049 ） 。 这 些 基 因 包 括 OAS 簇 （ OAS 1-OAS 2-OAS 3-RNASEL），其在感测胞质双链RNA（dsRNA）时降解单链RNA（ssRNA）， 52和作为先天性免疫缺陷（IEI）基础的基因，如AICDA，其双等位基因功能丧失突变导致抗体缺陷（MIM：605258和605257），和PLCG 2，其单等位基因功能获得突变导致自身炎性疾病（MIM：614878和614468）。鉴定的最强信号之一接近编码ABO血型系统的ABO基因（最小psel;表S2）。我们发现，标记A和B血型的等位基因53是正选择的候选者（psel 0.01;表S3），表明在过去几千年中，通过正选择，A、AB，特别是B血型的个体的频率增加了A组和B组已被证明对儿童耳部感染具有有限的保护作用（OR > 0.94）54，55以及对疟疾和冠状病毒病2019（COVID-19）的轻度易感性（OR 1.13），53，564Cell Genomics3，100248，2023会开放获取文章与平衡选择的作用一致[57]我们的分析表明，欧洲最近的大部分遗传适应主要涉及与宿主对感染的反应有关的基因，这表明病原体在过去几千年中施加了强大的选择压力。遗传适应主要发生在新石器时代然后我们探索了正向选择开始的时间通过确定选择是发生在青铜器时代开始之前还是之后，在89个候选基因座上进行（图S1C）。对于超过80%的基因座，选择估计在青铜器时代（4，500 ya）开始之后开始（图1B-1D）。事实上，T估计前89个变异体与时间上的均匀分布不一致（p = 1.3× 10- 4），选择开始的时间比预期的更近（T均值= 3，327 ya;图S3 A;表S2）。这个结果不能用检测能力的差异来解释，因为我们的方法具有更高的能力对于在较早时期开始选择的变体（图S2B和S2C）。使用从89个模拟变体中获得的T估计值的100个分布，这些模拟变体具有均匀的选择持续时间，并与等位基因频率和选择强度匹配，我们还检查了这些分布没有偏向青铜时代开始后的T估计值（所有100个分布的padj> 0.05;图S3A），表明由于所用数据此外，在青铜时代之后检测到的阳性选择信号的过量不是由于检测新石器时代开始的短暂选择事件的由灭绝病原体引起的流行病），并且前89个变体呈现与其估计的选择起始一致的频率轨迹（图S3最后，考虑到古代和现代DNA数据集的处理方式不同，批次效应可能会导致上一个时期等位基因频率的突然变化，因此，T偏向更近的时间。然而，当仅对aDNA进行T估计时，我们再次获得了显著更大的估计值的分数4，500 ya（n = 67/89; p 10- 3;图S3 E）。总之，这些分析支持一种情况，其中大多数所检测到的正选择事件自新石器时代以来就已经发生。我们接下来的推理是，来自Pontic-Caspian地区~4，500 ya的种群的到来可能带来了有益的变异，这些变异在2010年继续受到正向选择的影响。这个过程被称为适应性混合。58，59在这种情况下，我们可以预期，庞蒂克草原血统与携带正选择等位基因的概率之间存在正相关性。然而，在阳性选择的等位基因和匹配的对照之间没有观察到显著差异（对于所有匹配的样品，padj> 0.05;STAR方法），并且在模拟和观察的aDNA样品的祖先中没有观察到系统性偏差（图S4A）。因此，我们的研究结果排除了适应性混合物作为后新石器时代欧洲正选择的主要驱动力，而是表明存在基于现存变异的选择;大多数在青铜时代后变得有益的等位基因已经存在于新石器时代的欧洲（图S4B）。IGs的调节元件是正选择的主要然后，我们通过计算机模拟研究了候选阳性选择变体的功能效应（n = 1，846）。我们发现这些变体强烈富集错义变体（OR =3.8，p = 8.8± 10- 21）（图2A）。 此外，含有错义变体被发现显著富集在相对于其余候选基因座的阳性选择的变体（p = 6.0× 10- 3）。在全基因组范围内，我们检测到11个具有正选择信号的IG错义变体（MYH9、CHAT、NLRC 5、INPP 5D、SELE、C3、PSMB 8、CFB，PIK3R1、RIK2、CD300E）。其中8种变异与造血细胞性状和感染性或自身免疫性疾病相关，如造血细胞计数、病毒疣和类型1糖尿病，在全表型关联研究（第10- 5页;图2 B）。 然而，鉴于最积极选定的变体（>96%）是非编码的，我们调查了基因表达的变化是否可以解释观察到的选择信号。通过从aDNA数据集中修剪LD（r2> 0.6）中的变体并匹配导出的等位基因频率（DAF）（STAR方法），我们发现候选变体在全血中的顺式表达数量性状基因座（cis-eQTL）中富集，特别是对于强eQTL关联（例如，OR = 2.9;对于具有p 10- 50的eQTL，p = 3.3 310- 21;图2A）。例如，OAS集群的最佳候选变体rs1859332>T与OAS 1剪接QTL rs10774679>C（同种型p46）连锁（r2= 0.97），后者是尼安德特人起源的。60有趣的是，这种亚型与预防严重COVID-19有关，61，62表明过去的冠状病毒样病毒可能在该基因座驱动选择。阳性选择的变体也富含影响转录因子（TF）结合的变体（OR= 1.75;p = 1.63 10- 6;图2 A），基于等位基因特异性结合(ASB)染色质免疫沉淀中检测到的事件测序（ChIP-seq）数据覆盖1，025个人类TF和566种细胞类型（错误发现率[FDR] 0.01）。63例如，阳性选择的rs3771180>T变体（s= 0.015，T= 2，250，psel= 0.005 ）干扰JUND 的7-bp 结合基序（OR = 3.07;padj=5.73 10- 12），并与哮喘风险降低64和中性粒细胞水平升高相关14此外，在265个含有至少5个ASB的TF中，有17个具有富含阳性选择信号的ASB相关变异，并且与这些ASB最接近的基因被富集IGs（OR = 1.24;p = 0.04）。总的来说，这些结果提供了深入了解的监管机制的背景下，最近的人类适应感染的免疫力。定向选择自青铜时代起就影响着白细胞我们分析了来自ENCODE，65的表观基因组数据，以鉴定调节元件在阳性选择变体中最富集的在匹配对照和校正多重检测的试验中，我们发现在41种检测的组织和细胞类型（包括单核细胞）（padj = 6.13 10- 7）、扁桃体（padj = 2.13 10- 6）和血液（padj=1.03 10-5）（STAR方法）。这些结果，连同在接近IG的候选变体中富集ASB，使我们Cell Genomics3，100248，2023年2月8日5会开放获取文章图2.正选择所针对的遗传变异和宿主防御性状(A) 对于具有psel 10- 2和psel 10- 4的变体，错义、全血cis-eQTL或ASB变体在基因组（“所有基因座”）或89个候选阳性选择基因座（“89个基因座”）内的富集仅考虑注释为“蛋白质编码”的转录物变体红色黑色圆圈分别表示显著和非显著富集，误差条表示估计比值比的95%CI的边界基于eQTL关联的统计学显著性定义了三个eQTL组，peQTL 53 10- 8、peQTL10- 15或peQTL 10- 50。(B) PheWAS中重叠宿主防御的阳性选择错义变体之间存在显著关联（p 10- 5;https://genetics.opentargets.org）基因和造血性状、感染或炎性疾病。(C) 与36个造血性状相关的变异体的富集，研究了具有psel 10- 2的变异体，跨基因组红色和黑色圆圈分别指示显著和非显著富集，并且误差条指示富集的边界。估计比值比的95% CI橙色和灰色三角形分别表示排除HLA基因座后的显著和非显著富集(D) 左：每种造血性状在四个等间隔时期的平均多基因评分右：-log10（p值）表示显著增加，或在过去的10，000年里，在青铜时代开始之前（向上指的三角形）或之后（向下指的三角形），每种造血特征都在减少浅灰色符号表示非显著轨迹。插图显示了血小板计数的多基因评分随时间的降低，最高值-log10（p值）。黑线是回归线。（C和D）性状后接其他特征是绝对计数。另见图S5A。6Cell Genomics3，100248，2023会开放获取文章（图例见下页）Cell Genomics3，100248，2023年2月8日7会开放获取文章研究正选择的变异体是否通过改变造血细胞分数而影响造血。考虑到LD和RHD，我们发现在全基因组关联研究（GWAS）中与造血细胞组成相关的变异体在正相关基因中选择的变体（OR = 10，p = 7.2± 10- 65）（图2C）。为每一个36造血性状，我们分析了频率所有性状增加等位基因的轨迹（pGWAS5.0 ±3 × 10- 8），其中多基因得分来源于GWAS数据，40在所研究的候选者阳性选择的LD组中（图S5A;STAR方法）。这个分数整合了数十或数百个通常较小的效应量，我们在数百代中进行了评估。我们发现，在过去的10，000年中，血小板和网织红细胞计数的多基因评分显著下降，而平均血小板体积和平均红细胞（红细胞）体积以及每个红细胞的平均血红蛋白质量的评分显著增加（图2D）。同样，研究期间发现粒细胞中嗜酸性粒细胞比例的多基因评分然而，在新石器时代后的欧洲，包括血小板、网织红细胞、淋巴细胞和单核细胞在内的7个性状的多基因得分有显著的增加或减少，而在新石器时代期间，除了网织红细胞的数量外，没有其他性状发生显著变化这些观察结果与青铜时代后主要作用于造血谱系的定向选择是一致的。关节暂时增加抵抗感染和炎症有人认为，过去的选择与宿主-路径-原相互作用有关，有利于宿主抗性等位基因，而如今，由于拮抗多效性，这些等位基因增加了慢性炎症性疾病的患病率。4，19- 21，23，24我们通过收集以下结果研究了炎症性疾病遗传易感性和感染性疾病抗性的演变：（1）40种感染性疾病的GWAS，包括严重感染，如TB、乙型肝炎和丙型肝炎、AIDS和COVID-19（COVID-19HGI，第7版），以及替代表型，如阳性TB检测（基于结核菌素皮肤试验）或扁桃体切除术;和（2）30例炎症/自身免疫性疾病的GWAS，包括类风湿性关节炎（RA），系统性红斑狼疮（SLE），和炎症性肠病（IBD）（表S4）。对于独立和随机匹配的变体，我们发现与感染性和炎性性状显著相关的变体（即，多效性变异体;pGWAS5.0± 3 ± 10- 8）比随机预期的更普遍（OR = 132，p =7.4× 10- 28和p = 10- 3;STAR方法），表明它们具有共同的遗传结构。此外，该esti-这些多效性变体的配对s值比随机匹配的变体更强（Wilcoxon p= 0.02），支持它们的适应性。我们使用多基因风险评分（PRS）来探索感染性或炎性疾病的风险等位基因的频率（pGWAS 53 10- 8）随时间的变化（STAR方法）。我们发现，所有炎症/自身免疫性疾病合并组的PRS在过去的10，000年里，疾病的死亡率显著增加，而传染病的死亡率则显著下降（图3A）。此外，PRS变体的绝对中值s随着GWAS效应大小而增加，最终分别达到自身免疫性和感染性性状的显著正和负中值s系数（图S5B）。考虑到样本的覆盖范围、位置和血统，克罗恩病（CD）或IBD的风险考虑到最近出现的SARS-CoV-2（COVID-19的传染源），这一发现表明，其他相关病原体在近代欧洲历史上也施加了选择压力然后，我们搜索了对IBD/CD和严重COVID-19风险随时间变化贡献最大的特定遗传变异。考虑到多重检测，我们发现IBD/CD的四个风险等位基因和COVID-19的一个保护性等位基因的频率随时间显著增加（图3C;表S5）。相关风险等位基因为IBD和/或CD相关rs 1456896>T、rs 2188962>T 、rs 11066188>A和rs492602>G等位基因以及COVID-19相关rs 10774679>C等位基因。这些变异体中的前三种分别增加了血液中IRF 1、SH 2B3和IKZF 1 的 表 达 （ rs 2188962 ， s= 0.022 ， T= 8 ， 075; rs11066188，s= 0.016，T= 4，045; rs 1456896>C，s= 0.007，T= 3，264;图10）。ure 3D）。这些基因已被证明可以保护免受几种感染因子的侵害，27，66，67表明其表达的增加可能是有益的，即使它们略微增加自身免疫风险。第四个IBD相关风险等位基因rs492602>G（ s= 0.0015 ， T= 6 ， 823 ） 是 完 全 LD 中 的 FUT2 变 体 （ r2=0.99），具有无效等位基因rs601338>A，其赋予对肠道诺如病毒68和呼吸道病毒感染的单基因抗性。[69]最后，COVID-19相关变异rs 10774679>C（s= 0.013，T= 3,617）连锁（r2= 0.9）图3.自新石器时代以来，对感染的抵抗力和炎症的风险都有所增加(A) 在过去的10，000年中，感染和自身免疫性状的多基因评分作为时间的函数。COVID A2和B2分别表示危重COVID-19病例相对于一般人群和住院COVID-19病例相对于一般人群。个体中SNP基因分型数量的点大小标度深灰色线是针对祖先和地理位置进行调整的模型的回归线。p值表示回归模型在过去1万年（p）、青铜时代之前（pBA之前）或青铜时代开始以来（pBA之后）的显著性。显示了仅考虑青铜时代开始之前（bBA之前）或之后（bBA之后）的样本的回归模型的β值绿色、粉红色和蓝色的圆点分别表示有超过75%的西方狩猎采集者、安纳托利亚人或庞蒂克草原人血统的具有混合祖先的个体以灰色显示(B) CD的多基因风险评分作为样本地理位置和年龄的函数，使用R版本3.6.2的“bleiglas "包获得。安纳托利亚血统超过75%的个体用三角形表示，其他的用圆圈表示。(C) 在去除与样本年龄最显著相关的SNP后，CD的多基因风险评分作为时间的函数(D) CD风险等位基因rs2188962>T的存在或不存在作为古代样品的地理位置和年龄的函数。另见图S5B和表S4和S5。8Cell Genomics3，100248，2023会开放获取文章OAS 1剪接变异体rs 10774671>G，这也与IBD的易感性略高有关（OR = 1.08;p = 1.4× 10- 3; FINNGEN_R5_K11_IBD）。总的来说，这些分析为选择在增加自身免疫性疾病近千年来的疾病风险，特别是胃肠道炎症特征，可能是因为拮抗多效性。寻找时间依赖性负选择的足迹鉴于观察到的候选选择的变异和宿主防御之间的联系，我们然后使用我们的方法来识别可能增加传染病风险的变异。具体而言，我们寻找了参与宿主-病原体相互作用的基因变体，这些变体一直处于时间依赖性负选择下，即自新石器时代以来已经变得有害的变体。一个典型的例子是TYK 2 P1104 A，我们以前已经证明它是临床TB的基础34，39，并且在过去的2,000年中在负选择下进化，可能是因为结核分枝杆菌施加的压力增加。35我们去除了在当代欧洲人中呈现阳性选择信号的89个阳性选择的候选区域和基因座（STAR方法），然后搜索在基因组的其余部分中显示出显著的DNA减少的候选有害变体（所有LD组的93%）。我们首先检查了负选择下等位基因的s和T估计值与正选择等位基因的s和T估计值一样准确（图S1D、S1 E、S2B和S2 F）。我们证实，具有低风险的变体（跨时期5%）在候选负选择变体中强烈富集（OR = 4.8，p = 2.73 10- 210），与阳性选择的等位基因（OR = 0.64，p =4.23 10- 7）相反（表S6）。我们发现，选择对整个基因组产生了更广泛的影响; 25%的LD组港候选负所选变体（psel 10- 4），而只有3%的人具有正选择的等位基因（见图4）。通过关注负面选择的错义变体在保守位置（基因组进化速率谱GERP评分> 4; n = 50;表S7），我们发现绝大多数（41/50; 82%）具有估计的选择开始<4，500 ya，对于阳性选择的变体（图4D）。聚焦于IGs，我们鉴定了六种负选择的错义变体：LBP（脂多糖[LPS]结合蛋白）D283G （ rs2232607 ） ， TNRC6AP788S （ rs3803716 ） ，C1SR119H （ rs12146727 ） ，IL23rR381Q（rs11209026），TLR3L412F（rs3775291）和TYK2P1104A（rs34536443）。这些时间序列分析提供了令人信服的证据，负选择对宿主防御基因的变种，在最近的千年。负选择的变体对免疫功能最后，我们研究了这些负选择变体中的几种对免疫表型的生物化学或功能影响。我们首先关注LBPD283G变体，它具有最强的阴性选择信号（s=-0.018，T= 3，084）。LBP编码LBP，其感测LPS，LPS是LBP的主要成分。革兰氏阴性菌的外膜，并启动免疫反应，引发宿主防御机制，防止进一步感染。70我们调查了这种变异是否在过去一年中从6%下降到1.2%，5,000年来，对LBP的表达和/或功能产生了生物化学影响。我们用编码祖先或D283 G LBP cDNA的质粒瞬时转染HEK293 T细胞，包括先前报道的P333 L亚型变体71用于比较目的。我们通过qRT-PCR证实了所有质粒的转染效率是相同的（图5A）。祖先和LBP D283G蛋白在前蛋白质印迹法检测的预期分子量（约60 kDa），LBP-特异性抗体和针对C-末端标签的抗体（图5B）。然而，D283G水平低于祖先蛋白水平，而P333L是不 可 检 测 的 。 通 过 ELISA 证 实 了 低 水 平 的 D283G 蛋 白 （图5C），表明该变体在分泌时可能较不稳定。我们表明D283G和祖先蛋白具有相似的LPS结合能力（图5D），证明该变体不影响该功能。这些发现表明D283G改变了LBP的稳定性，导致LBP蛋白水平降低。然后，我们通过刺激来自祖先等位基因纯合的健康对照（n =7）、IL 23 RR381 Q纯合子（n = 7）和一名白细胞介素（IL）-12Rb1缺陷患者（其细胞对IL-12和IL-23均无应答）的T细胞母细胞，评估IL 23 RR381 Q变体对蛋白质功能的影响，72以IL- 23或干扰素（IFN）-α2b作为对照。来自对照的T细胞母细胞通过磷酸化STAT 3对IL-23作出反应，而来自IL 23 RR381 Q纯合子的T细胞母细胞显示受损的STAT 3磷酸化（图5E）。我们接下来测试了STAT 3磷酸化的降低是否会导致IL-23依赖性基因的转录降低。我们用IL-12、IL-23、IL-1b和 IL-1b + IL-23刺激来自IL 23RR381 Q纯合子（n = 2）、祖先等位基因纯合子的健康对照（n= 9）、TYK 2P1104 A纯合子个体（n = 2）（其细胞选择性地对IL-23、34和常染色体隐性完全TYK 2缺陷型（n = 1）或IL-12Rb1来自完全TYK 2缺陷患者的细胞先前显示出对IL-10、IL-12、IL-23和I型IFN的应答较差。73，74我们使用IL-1b作为IL-23敏化剂，如先前报道的。我们发现，尽管来自IL 23 RR381 Q纯合子的T细胞母细胞对IL-12和IL-1b的应答正常，但它们对单独的IL-23或IL-23加IL-1b的应答受损，如通过IFN-γ网络的总体基因表达降低所测量的（图5F）。总体而言，在STAT 3磷酸化和靶基因诱导方面，来自IL 23 RR381 Q变体纯合个体的最后，我们集中在TLR3L412F变体上，该变体先前已经通过基因转移进行了实验测试，在不同的细胞类型和实验条件下，外源表达的变体蛋白具有不同的体外75我们在原始成纤维细胞中进行了RNA测序，这些成纤维细胞来自祖先等位基因纯合的个体（n = 2）或TLR 3L412 F纯合的个体（n = 4），这些个体在用细胞外聚肌苷酸-聚胞苷酸（poly（I：C））刺激后激活了胞内TLR 3途径。TLR3L412F纯合子的平均TLR3依赖性基因诱导显著降低(meanDlog2倍数变化= 0.93; Wilcoxon p 10- 16），当Cell Genomics3，100248，2023年2月8日9会开放获取文章图4.全基因组检测阴性选择(A) 如图1A所示，测试捕获数据集中每个基因组标志物的阴性选择（-log10（p））和选择系数估计值红色和黄色三角形表示在负选择下保守位置（GERP得分>4）的错义变体，分别在青铜器时代开始之前或之后开始虚线指示-log10（psel）= 2。免疫基因（IG）的六个候选阴性选择变体的三角形以黑色勾勒(B) 最强候选阴性选择变体LBPD283G的频率轨迹。(C) 候选阴性选择的错义变体IL23RR381Q的频率轨迹。(D) 在青铜器时代开始之前或之后开始的负选择下的候选变体的数量。另见表S6和S7。与具有祖先等位基因的细胞相比，TLR 3缺陷细胞用作阴性对照（图5G-5I）。相反，它们对细胞内poly（I：C）刺激的反应（其激活TLR3以外的途径）与携带祖先等位基因的细胞相似这些结果表明TLR3L412F纯合性降低成纤维细胞中的内体多聚（I：C）反应性。讨论基于人类aDNA数据的时间序列和广泛的计算机模拟，我们已经划定了欧洲历史上最强选择压力下的基因组区域。我们的研究结果表明，宿主防御基因富含正选择信号，所选择的变体主要参与调控功能。我们还发现了证据表明，定向选择至少对四种白细胞性状起作用（|R| 0.6<;图-S5 A）近千年来。白细胞谱系显示出经历了正选择的证据，但嗜酸性粒细胞除外，嗜酸性粒细胞在粒细胞中的比例下降，这可能反映了有利于嗜中性粒细胞的进化权衡，这与嗜酸性粒细胞在感染免疫中明显不太重要的作用一致。78相反，非白细胞谱系，如红细胞，似乎经历了疗效的变化，因为观察到网织红细胞数量减少，但其平均大小和每个红细胞的血红蛋白浓度增加。这些结果表明，最近的阳性选择针对的是免疫细胞变异的调节机制，可能是致病原暴露时间变化的结果。三十五，七十九，八十10Cell Genomics3，100248，2023会开放获取文章图5.阴性选择变体的功能影响（（A）对来自未转染（NT）或用空质粒（EV）转染的HEK 293 T细胞或编码祖先或衍生的LBP的质粒的cDNA进行LBP的qRT-PCR。点表示三个独立的实验，每个柱的高度表示其平均值。（B）来自HEK 293 T细胞的全细胞裂解物或细胞培养物上清液的蛋白质印迹，所述HEK 293 T细胞留下NT，用EV转染，或表达祖先或衍生的LBP形式的C-末端标记的质粒用多克隆抗LBP抗体和针对C-末端DDK标签的抗体检测LBP抗GADPH的抗体用作上样对照。所示结果代表三个独立实验。(C)通过ELISA测量的来自转染的HEK293 T细胞的细胞培养上清液中的LBP浓度。点表示三个独立的实验，每个柱的高度表示其平均值。(D)通过结合测定评估从细胞培养物上清液收集的祖先或衍生的LBP以增加的浓度与LPS和Pam 2 CSK 4的结合。每个点代表两个生物学重复的平均值±SD。（E和F）IL23RR381Q变体的功能研究（E）来自7名健康对照的T细胞母细胞，7名患者为祖先变异体纯合子对于衍生的IL-23 RR381 Q变体是纯合子的患者和IL-12 Rb1缺陷型患者不受刺激或用IL-23（1 - 100 ng/ mL）或IFN-α2b刺激作为阳性对照。通过流式细胞术评估STAT3磷酸化使用Wilcoxon检验来评估观察到的对照和IL23RR381Q衍生值是否属于相同群体。*p 0.05，**p 0.01。（F）来自9个健康对照的T细胞母细胞，其对于祖先IL 23 R是纯合的两个IL 23 RR381 Q纯合个体，两个TYK 2P1104 A纯合个体，一个TYK 2-/-患者和一个IL-12 Rb1-/-患者被刺激IL-12或IL-23处理6 h。然后进行RNA测序通过使用hallmark基因集（http://www.gsea-msigdb.org/）进行基因集富集分析（GSEA：fgsea）和每种条件下的平均log2倍数变化（log2FC）来剖析IL 23 RR381 Q对IFN-γ网络的影响当与IL-1b刺激相比时，显示了健康对照中IL-23加IL-1b刺激的10个最强烈受影响的基因集的点热图（(G)对两个祖先TLR 3变体纯合子对照、四个TLR 3L412 F纯合子和一个完整的TLR 3缺陷原代成纤维细胞进行RNA测序-定量基因表达的主成分分析（PCA），这些原代成纤维细胞未受刺激（NS）或（图例接下