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QIAGEN Ingenuity Pathway Analysis (IPA) 是生命科學研究領域領先的路徑分析軟體，其提供了建立和分析交互作用網路和路徑的功能，從而有助於更深入地理解分子之間的作用和調節機制 。 在分析過程中，透過基因和交互作用網路的探索， IPA能夠預測可能涉及的疾病和功能，為進一步的研究提供指引。此外， IPA還通過視覺化的方式展示分析結果，有助於更清晰地解釋複雜的研究成果 。總體而言， IPA的系統性資料分析功能有助於深化對特定分子間交互作用及其在病理過程中的潛在作用的理解，為研究提供了新的方向 。
簡介
圓禿病 (AA)，俗稱：鬼剃頭，是台灣最常見的自體免疫性脫髮疾病之一，發病率為 0.22%。 AA的主要症狀是快速、非疤痕性的脫髮，影響身體毛髮、面部毛髮、睫毛和眉毛。在美國， AA的盛行率估計為每年 1,000人 中約有 0.21人，平均發病年齡為 25至 36歲，並且沒有性別差異。在英國的結果相似，盛行率是每年 1,000人 中約有 0.26人，平均發病年齡在 25至29歲之間，也沒有顯著的性別變異。不同種族中，特別是亞洲人中，AA的病例多為女性，且其發病率遠高於西方人群，達到每年 1,000人 中約有 3.32人。 AA可能與數種因素有關，包括服用卡馬西平、苯妥英或穀胱苷其等藥物後產生的不良反應、病毒或細菌感染，以及壓力、吸煙和酗酒等心理因素。 AA患者常常伴有心理疾病，如抑鬱症、焦慮症和社交恐懼症。
圓禿病變的主要原因包括髮周期顯著縮短、皮膚或頭髮的局部微創傷，以及一類主要組織相容性複合體 (HLA)分子 (HLA-A、 HLA-B、 HLA-C)和二類 HLA分子 (HLA-DP、 HLA-DQ、 HLA-DR、 HLA-DN、HLA-DO)的異常表達。雖然 AA並不具有傳染性，但經常觀察到會在家族內發生。主要原因是 6號染色體上的遺傳變異，也有來自 10號、 16號和 18號染色體的遺傳變異。研究顯示， AA的發生與遺傳有關，可能在家族內傳人。然而，台灣 AA的遺傳基礎尚未被明確地研究。 此研究利用中國醫藥大學附設醫院的台灣基因庫，我們對 AA患者的基因變異進行了全基因組關聯研究。根據我們的研究結果，台灣患者的基因多樣性與其他種族有明顯的區別。
研究方法
此研究收集從 1992年到 2020年電子病歷中的臨床資訊，針對經過專業醫師驗證並確診為 圓禿病的個案，並排除患有自體免疫疾病的病患，最終得到 408個圓禿病的案例以及 8,167個對照案例 ；其採用TPMv1定製 SNP陣列進行全基因組關聯研究 (GWAS)分析瞭解 SNP陣列與圓禿風險的關聯。
同時將所有的變異點相關資訊，輸入到 IPA軟體之中，根據 Risk loci而建立了一個對應 882個與圓禿有關的 SNP基因座的基因交互作用網路。此外，也使用 HIBAG-R來計算每位研究參與者的 HLA類型。HLA的單倍體和雙倍體與斑禿發生的關聯性由卡方統計分析，並透過的單倍體和雙倍體與斑禿發生的關聯性由卡方統計分析，並透過Bonferroni 校正進行多重檢驗。
結果
本研究使用 408名病例和 8,167名對照進行 GWAS分析。對照組中有 3,311名男性和 4,856名女性，平均年齡為 37.49±15.32歲 (表 1)。 AA組中的 166名男性和 242名女性平均年齡為 37.49±15.57歲。研究並未觀察到基於性別、年齡、吸煙、飲酒或嚼檳榔的臨床特徵有顯著差異。 GWAS調查的結果顯示，與 AA有關的 882個 SNP位於 14,064,987的位置。表 2列出與 AA最相關的前 15個 SNP。有六個 SNP和一個單核苷酸變異（ SNV）在 3和 5號染色體上與 AA有關。這些 SNP和 SNV包括 LINC02006 （rs531166736， rs187306735）、 APC （rs112800832_C_CAT）、 SRP19（rs139948960，rs144784670）、 EGFLAＭ（rs16903975）和 LDLRAD3 （rs79874564）。統計學上的顯著性由 p值小於 5E-08 表示。此外， rs397081和 rs9273067 的區域圖顯示比其他 SNP更高的連鎖不平衡度（圖 3）。在 AA組中， NOTCH4（圖 3A）和 HLA-DQA1（圖 3B）的變異也具有高度相關性 （LD得分 r r2 >0.4）。結果顯示這些位點可能共享功能、途徑或疾病相關性。
SNP根據其染色體位置繪製在 X軸上，與 Y軸 （-log10 p值）繪製。較高的實線表示全基因組顯著性標準 (P<5E-8)。
IPA分析結果
作者使用 IPA軟體進行了 882個與圓禿病相關的 SNPs（P<1E-05）在 74個基因內的 全基因組 的影響分析。結果顯示，導致圓禿病的典型途徑包括抗原呈現途徑， Th1和 Th2相關途徑， PD-1/PD-L1癌症免疫治療途徑 ，與多種相關路徑 （表 3）。 並且， 根據基因數量與途徑的交叉分析結果，排列了細胞免疫反應，體液免疫反應，細胞增長 /增殖和發育，細胞因子信號和病原體影響信號（圖 2）。請參閱我們的結果中的抗原呈現途徑（圖 3A）和 Notch信號靶基因（圖 3B）。
作者確定了幾個 HLA相關基因位點作為圓禿病中 SNPs的主要基因體位置： HLA-DQA1 （rs9272328, rs9273067）， HLA-DRA （rs3129871, rs6911777, rs16822618）， HLA-DRB1（rs9270498, rs9270502, rs9270523），以及 antigen presentation with Th1/Th2 activation中的 Notch4-mediated T cells activation signaling （rs379464, rs2854048, rs367398, rs397081, rs3134928）。此外 GWAS結果還發現一些與特定皮膚和毛髮狀態相關的相關基因標記，包括澱粉樣斑色變病（ genomic markers: GPNMB），常染色體顯性的 Hailey-Hailey病（ genomic markers: ATP2C1），皮膚色素沉著病（genomic markers: GPNMB, ANKRD12, MC1R），皮膚和毛髮色素過淺 （genomic markers: MC1R），和逐漸性脫髮（genomic markers: ABCE8）。另外， GWAS結果還識別出九個與 圓禿病的 IFN-γγ-JAK-STAT信號傳導途徑相關的基因標記，包括 HLA-DRA， HLA-DRB1 ，HLA-DQA1， LIFR， ANKS1A， SEC11A， USP6NL， SLC16A9 和 UBE4B（圖 4）。
結論
研究結果顯示，自體免疫疾病中的 AA訊號傳導的病原機制是至關重要的（圖 5），此為利用全基因組關聯研究 ( GWAS），首次在台灣人中發現了許多與 AA有關的基因座位置，並且能利用 IPA網路分析軟體，進一步找出 AA的訊號傳導途徑，證實了基於 GWAS得出的遺傳研究結果。 而未來研究將可進行功能驗證，以區分病原變異與非病原變異。
參考文獻
Genome-Wide Association Study of Alopecia Areata in Taiwan | CCID (dovepress.com)