慢性阻塞性肺疾病與腦小血管病的孟德爾隨機化研究

蔚文鍇 史長河 史晶晶 李玉生

鄭州大學第一附屬醫(yī)院，河南 鄭州 450052

腦小血管?。╟erebral small vessel disease，CSVD）是一種集臨床、影像以及病理學特征的綜合征，通常是由包括大腦內(nèi)動脈、小動脈、毛細血管和小靜脈等在內(nèi)的小血管病變引起的［1］。腦小血管病是導致卒中的重要原因，現(xiàn)在還被認為與血管性癡呆相關的重要因素［2-3］，在與年齡相關的認知功能障礙中起重要作用，約80%的65歲以及所有90歲的老年人均表現(xiàn)出腦小血管病的臨床癥狀［4］。磁共振（MRI）T2加權- 液體衰減反轉恢復序列（fluid attenuated inversion recovery，F(xiàn)LAIR）上的腦白質(zhì)高信號（white matter hyperintensities，WMH）是小血管病早期的重要影像學診斷標志物［1，5］。

大腦耗氧量占全身的20%，同時大腦衰老主要影響代謝需求高的神經(jīng)元，因此老年人的大腦更容易受呼吸功能受限的影響［6］。慢性阻塞性肺?。╟hronic obstructive pulmonary disease，COPD）是世界范圍內(nèi)的第三大致死病因［7］，卒中及其一些亞型和認知功能障礙在COPD患者中也有相當普遍的報道［8-10］。既往研究表明，COPD 是缺血性腦卒中的獨立危險因素［11］。此外，COPD和CSVD具有相似的危險因素，如年齡和吸煙，并且它們具有同質(zhì)的病理生理機制，如炎癥反應和氧化應激［12］。

孟德爾隨機化（Mendelian randomization，MR）可以推斷一種特征和另一種特征，如表型和疾病風險之間的因果效應。在MR中，與暴露事件相關的單核苷酸多態(tài)性（single nucleotide polymorphisms，SNP）可作為工具變量（instrumental variables，IV），又因IV 與其他混雜因素不相關，所以MR能在有效避免傳統(tǒng)流行病學研究中混雜偏倚的情況下，評估先前觀察到的暴露和結局事件之間的因果關系［13］。目前已有幾項MR研究報告了傳統(tǒng)血管危險因素，如高血壓、2型糖尿病及高同型半胱氨酸血癥在CSVD中的作用［14-16］。本研究在歐洲血統(tǒng)人群中使用既往大規(guī)模全基因組關聯(lián)研究（genome-wide association study，GWAS）的相關數(shù)據(jù)進行了高效的雙樣本MR，以探索COPD 在CSVD中的作用。

1 資料與方法

1.1 暴露數(shù)據(jù)本研究暴露數(shù)據(jù)來自于一項包含6 500 例COPD 住院患者及212 292 例健康對照者的16 380 466 個SNP 位點的GWAS 薈萃分析，研究對象皆為歐洲血統(tǒng)，通過限定P 值及連鎖不平衡條件（P＜5×10-6，CLUMP-R2=0.01，kb=5 000），得到9個與COPD 相關的位點，這些位點均出現(xiàn)在結局事件的白質(zhì)完整性（white matter integrity，WMI）GWAS數(shù)據(jù)中。接著排除一個具有回文序列的位點rs1801272，最 終 篩 選 出8 個 可 作 為IV 的SNP 位點。所有COPD GWAS 數(shù)據(jù)均來自GWAS summary statistics 數(shù)據(jù)庫（https：//gwas.mrcieu.ac.uk/），Dataset ID：“finn-b-COPD_HOSPITAL”。SNP 表型關聯(lián)數(shù)據(jù)查詢并參考人類基因型與表型關聯(lián)數(shù)據(jù)庫PhenoScanner V2（http：//www.phenoscanner.medschl.cam.ac.uk/）。研究中作為IV 的SNP 位點信息見表1。

表1 COPD和CSVD WMI GWAS數(shù)據(jù)中8個SNP位點的特征Table 1 Characteristics of 8 SNP loci in COPD and CSVD WMI GWAS data

1.2 結局數(shù)據(jù)結局數(shù)據(jù)來自于一項有關腦小血管病MRI 標志物的GWAS 研究，此研究包含UK Biobank納入的18 381例歐洲血統(tǒng)研究對象，所有研究對象均接受3.0T MRI 檢查，其中包括彌散張量成像（diffusion tensor imaging，DTI）用于測量并分析得到白質(zhì)的平均彌散率（mean diffusivity，MD）和各向異性分數(shù)（fractional anisotropy，F(xiàn)A），并以此評估WMI，即白質(zhì)受損程度，其中MD 亞組17 467 例，F(xiàn)A亞組17 663例［17］。另外，凡診斷為大血管卒中、多發(fā)性硬化、帕金森病、癡呆或任何其他神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病等可能與白質(zhì)損傷有關的神經(jīng)系統(tǒng)疾病的個體均被排除在研究之外。

1.3 統(tǒng)計學分析孟德爾隨機化分析通過TwoSampleMR 算法包在基于RStudio-2022.02.0-443的R 4.1.3版本中執(zhí)行。研究采用5種MR分析方法，包括逆方差加權分析（inverse-variance weighted，IVW）、加權中位數(shù)法（weighted median）、MR-Egger、簡單模式（simple mode）、加權模式（weighted mode），其中主要方法是IVW分析。以P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果

孟德爾隨機化的IVW 分析顯示，COPD 與WMI-MD（P=0.458，OR=1.150，95% CI=0.795～1.662）及WMI-FA（P=0.055，OR=0.759，95%CI=0.572～1.006）間差異均無統(tǒng)計學意義。其余MR分析結果見表2。

表2 MR分析結果Table 2 MR analysis results

3 討論

孟德爾隨機化作為近些年流行起來進行因果推斷的有效方法，它以遺傳變異為工具變量推導結局和暴露的因果關系，能有效避免傳統(tǒng)流行病學研究的混雜偏倚，因為基因型在受孕時是隨機分配和固定的，所以其在MR 中作為工具變量能夠克服觀察性研究的局限性［13］。近期有多項CSVD相關的MR研究，LIU等［14］關于2 型糖尿病和CSVD 5 種影像學分型的MR研究表明2型糖尿病可能與CSVD特別是腔隙性腦卒中和腦白質(zhì)損傷有因果關系，另一項基于UK Biobank遺傳匯總數(shù)據(jù)的MR 研究通過探究傳統(tǒng)血管危險因素與CSVD中腦白質(zhì)損傷的3種表型之間的聯(lián)系，發(fā)現(xiàn)較高的高血壓遺傳易感性及BMI可能會導致較重的CSVD負擔［16］。說明通過MR分析驗證既往研究中已經(jīng)或者尚未明確的危險因素與CSVD 之間是否存在因果關系具有一定的臨床價值。

MR研究基于3個主要假設。首先，IV在全基因組層面上與暴露（COPD）直接相關；其次，IV 不應與暴露-結局（CSVD）關系中的混雜因素相關；最后，IV僅通過暴露影響結果［13，18］。本研究最終選擇的8 個SNP位點在GWAS研究中與COPD相關，并且與可能影響COPD和CSVD的和混雜因素不相關。另外，雖然目前臨床上大多使用MRI 的T2FLAIR 上的WMH作為CSVD的典型影像學特征，但相較于單純探測病理學損傷的WMH，DTI 能夠更敏感地檢測到白質(zhì)結構和功能上的損傷。DTI 有兩個主要參數(shù)，MD 主要關注水分子的擴散，對彌漫性白質(zhì)損傷很敏感，F(xiàn)A則主要測量彌散的方向性，是白質(zhì)完整性的重要標志。因此DTI測量腦白質(zhì)完整性可以作為相關研究中更為敏感的表型［19-20］。

既往多項研究探索了COPD與CSVD之間的相關性，尤其是WMH和腦萎縮。一項前瞻性隊列研究表明，與健康對照者相比，無癡呆的COPD 患者有較重的側腦室旁WMH 負擔［21］；另一項基于社區(qū)的研究，在校正性別、年齡和吸煙等混雜因素后，發(fā)現(xiàn)肺功能受限與認知能力下降以及皮質(zhì)下萎縮相關［22］。此外，DODD等［23］通過研究發(fā)現(xiàn)COPD患者WMH嚴重程度高于對照組。此外，研究還表明，在校正年齡、性別和卒中等因素后，WMH 的嚴重程度隨著COPD 持續(xù)時間的延長而增加。然而WMH的嚴重程度與COPD分級之間卻無顯著的相關性。本研究通過MR 探索COPD和CSVD中腦白質(zhì)損傷表型之間是否存在因果上的相關性，但結果提示COPD 可能不會增加患CSVD 中腦白質(zhì)損傷的風險。研究中可作IV 使用的SNP位點較少，這可能是呼吸系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)之間遺傳背景相差較大導致的。此外，研究所使用的GWAS數(shù)據(jù)都來自歐洲人群，而且CSVD只有白質(zhì)損傷相關表型的GWAS數(shù)據(jù)有開放獲取的途徑，這些都造成研究結果的局限性。

COPD 與CSVD 之間的聯(lián)系機制尚不明確，當血氧含量降低時，腦血流量會生理性增加以維持大腦的需氧量［24］，而腦室周圍白質(zhì)位于大腦動脈的交界處，所以低氧血癥可能引起白質(zhì)灌注不足而損傷。但該假設缺乏大規(guī)模臨床試驗數(shù)據(jù)的驗證，且由于CSVD 機制研究尚在探索階段，有關內(nèi)皮細胞功能障礙、血-腦屏障損傷及潛在的分子通路研究也只是停留在基礎實驗層面。因此，尚不能說明COPD與CSVD 之間存在明確的因果關系。期待后續(xù)更多的GWAS 數(shù)據(jù)能夠公開以供探索相關暴露因素與疾病之間的因果效應。