文献背景

1、题目：Determinants of telomere length across human tissues. 

2、发表杂志及时间：Science369, eaaz6876(2020).

3、作者信息：Kathryn Demaneliset al.

4、通讯作者：Brandon L. Pierce 博士 公共卫生科学研究和学术兴趣教授：衰老、砷、癌症、表观遗传学、基因调控、基因与环境相互作用、遗传流行病学、端粒 网站：Pierce Lab、研究网络简介联系人：bpierce@health。 bsd.uchicago.edu 研究生课程：公共卫生科学、遗传学委员会、基因组学和系统生物学、人类遗传学、芝加哥大学生物科学ß https://pbhs.uchicago.edu/faculty/brandon-l-pierce-phd

5、数据：The postmortem tissue samples were collected by the Genotype-Tissue Expression (GTEx) project , and accompanying data on  inherited genetic variation, gene expression, and donor characteristics enable us to examine demographic, genetic, and biologic determinants and correlates of TL within and across tissue types.

6、背景知识：相对端粒长度(Relative telomere length,RTL)——RTL 值计算为每个样品的端粒信号与对照细胞（TCL 1301 细胞系）的比值，并校正G0/1 细胞的DNA 指数。

文献概述(这篇文献的结论是什么？)

RTL 的变异可归因于组织类型、供体和年龄，以及较小程度上的种族或族裔、吸烟以及已知影响白细胞 TL 的遗传变异。 RTL 在组织之间通常呈正相关，全血 RTL 是大多数组织中 RTL 的代表。 RTL 因组织类型而异，全血中最短，睾丸中最长。在大多数组织中，RTL 与年龄呈负相关，并且这种关联对于平均 RTL 较短的组织最为强烈。非洲血统与所有组织和特定组织类型内较长的 RTL 相关，这表明基于血统的 TL 差异存在于生殖细胞中，并传递到受精卵。由已知影响白细胞 TL 的遗传变异组成的多基因评分与所有组织中的 RTL 相关，其中一些 TL 相关变异影响多种组织类型中附近基因的表达。 TL 维持基因中罕见的功能丧失变异的携带者具有较短的 RTL（基于对多种组织类型的分析），这表明这些变异可能导致一般人群中个体的 TL 较短。端粒酶（一种 TL 维持酶）的成分在睾丸中的表达水平高于任何其他组织。我们发现证据表明 RTL 可能介导年龄对人体组织基因表达的影响。

文献结果(每个结果的图片详细解读)

1、TL 因人体组织类型而异，WB TL 是其他组织中 TL 的代表

图 1.  (A) RTL 在 24 种 GTEx 组织类型中的分布（按中位 RTL 排序）。 952 名捐赠者为分析贡献了一份或多份组织样本，每种组织类型的样本量对应于独特的捐赠者（即，对于给定的组织类型，没有捐赠者出现两次）。平均而言，RTL 在 WB 中最短，在睾丸中最长，与所有其他组织相比，睾丸是异常组织类型 [方差分析 (ANOVA)，p < 2 × 10−16]。 (B) 同一供体不同的组织类型的Pearson (r) RTL 测量值之间的相关性。纳入的组织有 ≥75 个样本，并且不具有性别特异性。红色、黄色和蓝色分别对应于 r = 1、0 和 -1。黑框是层次聚类（三个聚类）的结果。（确切的相关性见表 S3。） (C) 描述人体组织类型 TL 决定因素的理论框架。组织类型 TL 的差异以及组织类型 TL 之间的相关程度可能归因于组织间内在因素（例如细胞分裂率和历史、端粒维持）和外在因素（例如对环境暴露的反应）的变异性。 (D) WB RTL 和组织特异性 RTL 测量值之间的 Pearson 相关性（置信区间为 95%）。WB RTL 与 23 种组织类型中 15 种的组织特异性 RTL 测量呈正相关（Pearson 相关性，t 检验，p < 0.05）（每次测试 n ≥ 25），Pearson 相关性范围为 0.15 至 0.37 ）。

图1.TL 因人体组织类型而异，但在组织类型之间具有相关性

S5. 部分相关性根据年龄、性别、种族/民族、BMI 和供体缺血时间进行调整。黑色虚线对应于rpartial=0。年龄、性别、BMI 和供体缺血时间的调整对 23 种组织类型中 WB RTL 和组织类型 RTL 之间观察到的关联没有产生重大影响（图 S5）。

S5. 全血 RTL 和组织特异性 RTL 之间部分相关性的森林图

2、TL 因个体和血统而异，非洲血统基因组中的 TL 更长

图2.  (A) GTEx 供体中 RTL 的分布，按供体在所有测量的组织类型中的平均 RTL 进行排名（顶部），以及“复合 RTL”测量的分布（底部），根据 PCA分析估计 11个组织类型 的第一个主成分 (21)。颜色对应 GTEx 组织类型。TL 在个体（捐赠者）之间存在差异（图 2A，顶部），其中 8.7% 的 RTL 变异可归因于个体之间的差异（从调整后的 LMM 获得的估计值）（表 S2）。 (B) 所选协变量对所有组织（顶部）和复合 RTL（底部）的 RTL 变异性的贡献。对于所有组织的分析，从 LMM 中提取估计值作为边际 R2 值，并根据组织类型和供体作为随机效应进行调整。 当睾丸被排除时，这一百分比增加到 11.2%。年龄、BMI 和吸烟状况与较短的综合 RTL 相关，并分别解释了该综合 TL 测量中 13.7%、1.3% 和 0.6% 的变异。(C) 欧洲血统 (EA) 和非洲血统 (AA) 个人的RTL值分布。组织类型按两个祖先群体的 RTL 中值之间的最大差异进行排序。插图显示了 PC 的基因分型，证明了通过基因预测的祖先对个体进行一致的聚类。表 S5 报告了样本量信息以及非洲血统与RLT值之间的关联。非洲血统与 RTL 之间的调整后关联在 19 个测试组织中的 16 个中呈阳性，脑小脑 (p = 0.03)、甲状腺 (p = 0.02)、前列腺 (p = 0.03)、肺 (p = 0.03) 的 LRT p 值 <0.05 = 0.02）和 WB（p = 0.005）。 (D) 示意图描述了来自亲代生殖细胞的 TL 的直接遗传，以及非洲和欧洲血统个体的成体组织类型与 TL 的预期关系。 (C) 和 (D) 中，遗传（以及报告的种族和民族类别）血统用颜色编码为非洲（红色）和欧洲（蓝色）。

图2. TL 因个体和血统而异

3、在大多数组织中，年龄与 TL 呈负相关，并且在端粒较短的组织中相关性最强
图 3.  (A) 年龄和组织特异性 RTL 测量值之间的 Pearson 相关性。在具有 ≥25 个样本的 24 个组织中，RTL 与 21 种组织类型中的年龄呈负相关（Pearson r < 0）（t 检验中 14 种组织类型中的 p < 0.05）（图 3A 和图 S8） (B) 每个组织的平均 RTL 与每个组织由年龄 (r2) 解释的变化百分比的散点图。每个点的大小与该组织类型的样本大小成正比。 年龄更多地解释了平均 RTL 较短的组织的 RTL 变异[决定系数 (r2) = 0.23，F 检验，p = 0.02]。尽管之前的研究已经观察到老年男性精子的 TL 更长 (38)，但我们没有观察到睾丸 RTL 随着年龄的增加有明显的增加（或减少）趋势（图 S9）。(C) 五种选定组织类型 [WB、肺、胃、横结肠和皮肤（暴露）] 的 RTL 与年龄之间的关系（t检验）。对于所有图，颜色对应于组织类型。

图3.在大多数组织中，年龄与 TL 呈负相关，并且在端粒较短的组织中相关性最强

4、遗传变异影响多种组织类型的端粒长度和附近基因的表达

图 4.  (A) 白细胞 TL 的多基因 SNP 评分与组织特异性 RTL 测量值之间的关联。颜色对应于组织类型。将年龄、性别、PC 基因分型、供体缺血时间和技术因素调整为随机效应后，观察到 WB RTL 与 SNP 评分（LRT，p < 0.05）之间的关联（p = 0.007）（图 S11） 、小脑 RTL (p = 0.03)、胰腺 RTL (p = 0.04) 和横结肠 RTL (p = 0.02)（图 4A、图 S12 和表 S9）。 (B) 来自 GWAS 的白细胞 TL 关联信号与 ZNF257（ZNF208 上游约 40 kb）的 ciseQTL 共定位。顶部的图显示了白细胞 TL 的 ENGAGE 联盟 GWAS 的结果，底部的三个图对应于 GTEx 组织的 cis-eQTL 结果：皮肤-阳光照射、结肠-横切和胃。 chr19，染色体 19。19号染色体上的TL关联信号（由rs8105767代表）显示出与影响ZNF257基因在八种组织类型中表达的eQTL共定位的有力证据，包括皮肤（暴露在阳光下）、横结肠和胃。(C) 白细胞 TL 关联信号与 STN1（在人类基因组参考 hg19 中也称为 OBFC1）的顺式 eQTL 共定位。顶部的图对应于白细胞 TL 的 ENGAGE 联盟 GWAS 的结果，底部的三个图对应于 GTEx 组织的 cis-eQTL 结果：皮肤-阳光照射、EM 和结肠-横切。10号染色体上的TL关联信号（由rs9420907代表）与影响STN1在七种组织类型中表达的eQTL共定位，包括皮肤（暴露在阳光下）、横结肠和EM。 (D) 复合 RTL（基于 11 种组织类型的 PCA 中的 PC1）（左）和组织类型 RTL（右）的分布，突出显示的点代表 GTEx 供体，其端粒维持基因中携带罕见的 LOF 变异，该基因先前与 TBD 相关。 LOF 变体在图例中注明。黑色水平线对应于中位复合 RTL 和组织类型 RTL。所呈现的组织类型包含一种或多种 LOF 携带者，并且颜色对应于组织类型。作者鉴定出四名捐赠者携带罕见的外显子变异（次等位基因频率<1%），导致预测的LOF移码插入或缺失或停止增益突变。

图4.遗传变异影响多种组织类型的端粒长度和附近基因的表达

5、TL 与端粒酶亚基基因表达相关，可能介导年龄对基因表达的影响

图 5.  (A) 针对跨组织类型的 TERC、TERT 或 DKC1 表达绘制 RTL。颜色对应 GTEx 组织类型。在所有组织中，RTL 与 TERT（r = 0.58，t 检验，p < 2 × 10−16，n = 1089）、TERC（r = 0.33，t 检验，p < 2 × 10−16，n = 783）和DKC1（r = 0.29，t检验，p < 2 × 10−16，n = 3885）。 (B) 分析解决 TL 介导年龄对特定基因表达的影响的假设。散点图显示了年龄对 RTL（对于每个基因）介导的基因表达的影响比例的估计值以及与 RTL（对于每个基因）的平均因果介导效应相对应的 -log10（p 值）。显示了三种选定组织类型（WB、肺和 EM）中所有与年龄相关的基因的结果。中介 p 值是使用非参数引导方法获得的（n = 10,000 个引导）。对于每种组织类型，我们观察到“介导的比例”的积极估计明显多于消极估计，正如 TL 是介导假设下所预期的那样。

图5.TL 与端粒酶亚基基因表达相关，可能介导年龄对基因表达的影响

6、TL 和 TERT 表达与估计的干细胞特征相关

图 6.  (A) 组织内干细胞的估计比例及其平均 RTL（左）和平均 TERT 表达（右）之间的关系。TERC 和 DKC1 平均表达与这些干细胞特征之间没有发现任何关联。平均 RTL 与组织类型内干细胞的估计比例呈正相关（r = 0.71，t 检验，p = 0.01），并且在调整每个干细胞的分裂数量后，这种关联仍然存在（t 检验， p = 0.008）和平均 TERT 表达（t 检验，p = 0.02）。 (B) 组织内每个干细胞（每年）的估计分裂次数及其平均 RTL（左）和平均 TERT 表达（右）之间的关系。颜色对应 GTEx 组织类型，每个点的大小反映组织类型的样本大小。报告 Pearson 相关性和相应的 p 值。分析仅包括非生殖组织。平均 TERT 表达与每个干细胞的分裂次数之间呈正相关（r = 0.76，t 检验，p = 0.004）。

图6. TL 和 TERT 表达与估计的干细胞特征相关

7、细胞类型组成与组织内的 TL 相关

去除组织类型内未检测到的细胞类型（n = 16 种组织类型中测试的总 CTES 数为 37）并调整年龄和性别后，我们在 37 个测试的关联中确定了 CTES 和 RTL 之间的 8 个关联（t 检验，p < 0.05）（图S15）。

S15.GTEx 细胞类型估计与某些组织类型中的 TL 相关

在探索性分析中，我们检查了 xCell 提供的所有 64 个 CTES，对于组织类型内 >90% 的样本，其检测 p 值 <0.05。限制具有 ≥ 300 个同时具有 CTES 和 RTL 数据的样本的组织类型（WB、肺和 EM），每个组织中分别检测到 27、24 和 17 个 CTES（图 S16）。

S16.细胞类型组成与组织类型内的 TL 相关

8、所有组织的 TL 与年龄相关的慢性疾病状态相关

2 型糖尿病史（22% 的捐赠者）与所有组织的较短 RTL（LRT，p = 0.02）以及较短的胰腺 RTL（p = 0.07）和冠状动脉 RTL（p = 0.01）相关（图 S17）。

S17. 较短的组织 RTL 与慢性病史相关

TCGA 的平均癌症 TL 比率和 GTEx 的正常 TL 比率呈正相关（r = 0.44，t 检验，p = 0.04，n = 23）（图 S18）。

S18.  GTEx正常组织TL与TCGA癌组织TL呈正相关

其中 5 名捐赠者进行了 TL 测量（n = 35 组织型样本）。我们观察到，三名有 PF 或 ILD 病史的捐赠者的综合 RTL 低于第五个百分位（图 S19）。

S19. 较短的组织 RTL 与已报告的肺纤维化 (PF) 或间质性肺疾病 (ILD) 病史相关。

文献方法

1、我们使用基于 Luminex 的方法测量了来自 952 个 GTEx 捐赠者的 6391 个样本的 RTL。这些测量值针对其他 TL 测量方法进行了验证，包括使用 TRF 的 Southern blot 测量的 TL（图 S20）、使用 qPCR 测量的相对 TL（图 S21）(24) 以及根据全基因组测序数据估计的 TL（图 S21，S22) 。公开可用的 GTEx 供体协变量、基因分型和 RNA-seq 基因表达数据（均为 v8）已纳入我们的分析中。

2、我们应用线性混合模型（Linear Mixde Model, LMM） 来检查 RTL 与年龄、遗传血统、端粒酶成分的基因表达、细胞类型估计以及组织类型之间和内部的其他协变量的关系。

3、使用 GTEx 基因分型数据，我们使用从白细胞 TL 的 ENGAGE GWAS 中鉴定的 9 个白细胞 TL 相关 SNP 为每个供体构建了加权多基因 SNP 评分，并使用来自白细胞 TL 的汇总统计数据检查了这些 GWAS 关联信号与局部基因表达的共定位。 

4、GTEx 联盟的 ENGAGE 研究和 eQTL 结果。应用中介分析来检查 TL 介导年龄对基因表达影响的程度。

5、从先前针对相应 GTEx 组织的研究 (54, 55) 中提取了干细胞分裂和干细胞比例的估计值，并检查了它们与平均 RTL 和 TERT 表达的关系。

文章亮点(这篇文献的优点在哪？)

这项研究提供了不同人类组织类型和个体之间存在的人类 TL 显着差异的观点。揭示了TL 与组织类型、供体和年龄，以及较小程度上的种族或族裔、吸烟以及已知影响白细胞 TL 的遗传变异等因素的关系。

我的疑问(这篇文献的不足在哪？)

文章缺乏 GTEx 捐赠者的详细暴露数据（例如吸烟和饮酒）；需要进行能够将人体组织样本与环境和生活方式历史联系起来的研究，以更好地了解不同组织和细胞类型的 TL 的环境决定因素。

和我相关(我从这篇文献里学到了什么？)

对于连续型数据类型，当自变项的因子中包含等于或超过三个类别情况下，检验其各类别间平均数是否相等的统计模式，可以使用方差分析 (ANOVA)。比如该文中，睾丸组织类型的RTL值🆚其他组织类型的RTL值。

评估多个指标对于某一结果的贡献时，可以使用线性混合模型。计算R^2作为贡献度。计算似然比检验，评估P值。

相关文献

Demanelis K, Jasmine F, Chen LS, et al. Determinants of telomere length across human tissues. Science. 2020;369(6509):eaaz6876. doi:10.1126/science.aaz6876