Multi-omics integration reveals shared genetic architecture between metabolic markers and gray matter atrophy in Alzheimer’s Disease - 01/01/26

Doi : 10.1016/j.tjpad.2025.100452 
Piaoran Wang a, 1, Xiangzheng Wu a, 1, Fengyu Sun a, 1, Hongchuan Zhang b, 1, Yurong Jiang a, Qiuhui Wang a, Hao Ding a, d, Yujing Zhou c, , Feng Liu a, , Huaigui Liu a, e,
a Department of Radiology, Tianjin Key Laboratory of Functional Imaging & Tianjin Institute of Radiology, Tianjin Medical University General Hospital, Tianjin, China 
b Department of Radiology, Yijishan Hospital of Wannan Medical College, Wuhu, Anhui, China 
c Department of Radiology, The First Affiliated Hospital of Dalian Medical University, Dalian, Liaoning, China 
d School of Medical Imaging, Tianjin Medical University, Tianjin, China 
e Department of Radiology & Biomedical Imaging, Yale School of Medicine, New Haven, CT, USA 

Correspondence to.

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Sous presse. Épreuves corrigées par l'auteur. Disponible en ligne depuis le Thursday 01 January 2026

Highlights

Multi-omics Integration: Integrated voxel-based morphometry (VBM) meta-analysis, transcriptome-neuroimaging association analysis, and GWAS to identify pleiotropic genes.
Shared Genetic Architecture: ConjFDR analysis revealed significant genetic overlap between AD-associated GMV atrophy and five metabolic markers, identifying 20–87 shared genes per metabolic trait.
Molecular Mechanisms: Functional enrichment analysis elucidated the molecular interplay between metabolic dysregulation and neurodegenerative pathology, thereby identifying potential genetic targets for developing metabolism-focused targeted therapies for AD.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Abstract

Background

Alzheimer’s disease (AD) is a progressive neurodegenerative disorder characterized by widespread gray matter volume (GMV) reductions. Emerging evidence links glucose and lipid metabolic dysregulation to AD pathophysiology. However, the extent to which AD-related GMV alterations and metabolic traits share a common genetic basis remains poorly understood.

Objectives

To explore the shared genetic architecture between GMV alterations in AD and metabolites related to glucose and lipid metabolism, aiming to provide biological insights into the prevention and treatment of AD.

Design

This is a multimodal, cross-disciplinary study combining neuroimaging meta-analysis, transcriptome-neuroimaging association analysis, conjunctional false discovery rate (conjFDR) analysis, and functional enrichment analysis to identify the shared genetic architecture between AD-related brain structural alterations and metabolic traits.

Setting

Public databases and European populations.

Participants

The meta-analysis included 49 studies (1945 CE patients and 2598 controls). The largest genome-wide association study (GWAS) summary statistics were used for AD (N case = 39,918; N control =358,140), two glycemic traits—glucose (GLU, N = 459,772) and glycated hemoglobin (HbA1c, N = 146,864), and three lipid traits ( N = 1320,016)—high-density lipoprotein cholesterol (HDL-C), low-density lipoprotein cholesterol (LDL-C), and triglycerides (TG).

Measurements

We conducted a voxel-based morphometric meta-analysis of GMV in AD by systematically reviewing 49 neuroimaging studies, identified through a literature search in PubMed and Web of Science using a predefined search strategy. Building upon these neuroanatomical findings, we performed a transcriptome-neuroimaging association analysis using data from the Allen Human Brain Atlas to identify genes spatially correlated with GMV alterations. To further explore the shared genetic architecture, we integrated GWAS summary statistics for AD and five metabolic markers using conjFDR analysis. Finally, functional enrichment analyses were performed to elucidate the biological relevance of the identified genes through this integrative framework.

Results

Consistent GMV reductions in AD were observed in the bilateral middle temporal gyrus, right superior temporal gyrus, and other key subcortical regions. The conjFDR analysis identified 20, 17, 78, 87, and 82 genes shared between AD-related GMV reductions and GLU, HbA1c, HDL-C, LDL-C, and TG, respectively. Notably, 6 genes were shared across all five metabolic markers. Enrichment analysis implicated these genes in biological processes related to Aβ aggregation and phosphatidylinositol metabolism.

Conclusions

This study reveals a convergent genetic architecture underlying AD-related GMV atrophy and metabolic dysfunction. These findings may offer novel insights into the molecular interplay between systemic metabolism and neurodegeneration in AD and highlight potential targets for therapeutic strategies.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Keywords : Alzheimer’s disease, Metabolic markers, Gray matter volume, Gene expression, Genome-wide association studies


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