飲食習(xí)慣與日本人群肝癌風(fēng)險(xiǎn)的因果關(guān)系*

陳鵬宇 黃荷 朱興旺 李汛,2,3

(1.蘭州大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院,甘肅 蘭州 730000;2.蘭州大學(xué)第一醫(yī)院普外科,甘肅 蘭州 730000;3.甘肅省生物治療與再生醫(yī)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,甘肅 蘭州 730000)

肝癌具有高發(fā)病率,其在男性和女性中分別占癌癥總發(fā)病率的6.3%和3.0%。在致死率方面, 分別占總死亡率的10.5%和5.7%。在一些亞洲國家,如蒙古國、泰國和柬埔寨,肝癌是最常診斷的癌癥,也是癌癥死亡的主要原因[1]。HBV和HCV感染、黃曲霉素污染的食物、吸煙、高酒精攝入、肥胖及糖尿病是肝癌的高風(fēng)險(xiǎn)因素[2]。 健康的飲食可以減少癌癥風(fēng)險(xiǎn)[3]。目前的流行病學(xué)證據(jù)支持飲食在肝癌發(fā)展中的重要作用,研究發(fā)現(xiàn)攝入咖啡[4]、魚[5]和綠茶[6]可能會(huì)降低肝癌風(fēng)險(xiǎn)。隨著大規(guī)模全基因組關(guān)聯(lián)分析究(Genome-wide Association Study, GWASs)的不斷增加,MR方法作為一種有效的流行病學(xué)工具,已被用于對(duì)不同表型進(jìn)行因果推斷[7]。通過使用遺傳變異作為工具變量,MR可以克服傳統(tǒng)觀察性研究中反向因果關(guān)系的干擾并且最大限度地減少混雜因素[8]。Deng[9]探討不同飲食習(xí)慣和肝癌的潛在因果關(guān)系,他們認(rèn)為飲酒與肝癌風(fēng)險(xiǎn)增加呈正相關(guān)。相反,飲用咖啡與肝癌發(fā)生呈反比。Yun[10]評(píng)估肉類攝入與消化道癌癥的因果效應(yīng),結(jié)果表明加工肉類攝入與結(jié)腸直腸癌的風(fēng)險(xiǎn)增加有關(guān),不能得到紅肉和白肉的攝入與消化道癌癥風(fēng)險(xiǎn)增加有關(guān)。

隨著現(xiàn)代飲食的改變,健康負(fù)擔(dān)逐漸由感染性疾病轉(zhuǎn)移到代謝性疾病以及腫瘤發(fā)病, 研究[11]已證明代謝性疾病,如糖尿病,非酒精性脂肪肝等在肝癌的發(fā)病方面具有顯著的促進(jìn)作用,但是并沒有明確現(xiàn)代飲食對(duì)于肝癌發(fā)病的影響。因此,本研究使用基因代理的不同飲食習(xí)慣,用雙樣本的MR方法探討不同飲食習(xí)慣和日本人群肝癌發(fā)生的因果關(guān)系。

1 資料與方法

1.1 研究設(shè)計(jì) 本研究利用公開可獲取的GWASs來進(jìn)行感興趣的暴露(飲食習(xí)慣)和結(jié)局(肝癌)之間的因果關(guān)系推斷。研究的所有人群主要限制于日本人群。以IVW法作為主要的方法,同時(shí)用多個(gè)敏感性檢測方法來確保結(jié)果的可靠性。

1.2 數(shù)據(jù)來源 從UK Biobank獲取了不同飲食習(xí)慣的GWASs數(shù)據(jù)(茶攝入、熟食蔬菜攝入、豬肉攝入、干果攝入、谷物攝入、加工肉攝入、家禽攝入、面包攝入、使用的牛奶種類、羊肉/牛羊肉攝入、水?dāng)z入、飲酒者狀況、魚油攝入)。食物攝入量是由參與者的每日攝入量決定的。所有參與者完成了食物頻率調(diào)查表,來了解過去一年的食物攝入量。參與者必須對(duì)每種食物的攝入選擇“從不”到“每天一次或更多”,不規(guī)則飲食習(xí)慣的參與者被排除。 編碼內(nèi)容包括以下:每周少于一次,每周一次,每周2～4次,每周5～6次,每天一次或以上,不知道以及不愿意回答。家庭調(diào)查表記錄了關(guān)于食物攝入頻率的詳細(xì)數(shù)據(jù)(https://biobank.ndph.ox.ac.uk/ukb/label.cgi?id=100052)。肝癌的GWASs數(shù)據(jù)從日本生物銀行(Biobank Japan)獲取,總共包含了1866個(gè)肝癌病人和195745個(gè)對(duì)照組的數(shù)據(jù) 。

1.3 工具變量提取 為了獲取與不同飲食習(xí)慣顯著相關(guān)的(single nucleotide polymorphisms,SNP)位點(diǎn),設(shè)置了P<5e-6的閾值,通常來說,工具變量的篩選的條件為P<5e-8。但本研究為了納入更多的工具變量,設(shè)置了一個(gè)寬松的閾值,這個(gè)閾值在以往的研究中也經(jīng)常被使用到[12]。 為了減弱不同SNP位點(diǎn)的連鎖不平衡,設(shè)置了r2<0.001,窗口大小kb=10000的篩選條件。為了避免弱工具變量偏倚,本研究計(jì)算了每個(gè)SNP的F值(F=β2/se2),F值大于10被認(rèn)為是一個(gè)強(qiáng)的工具變量[13]。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 本研究使用IVW、MR-Egger、加權(quán)中位數(shù),加權(quán)眾數(shù)法和簡單眾數(shù)法的方法進(jìn)行因果推斷[14]。IVW對(duì)單個(gè)SNP的Wald比值進(jìn)行薈萃分析,并假定遺傳變異只能通過感興趣的暴露而不是通過其他途徑影響結(jié)果[15]。MR-Egger和加權(quán)中位數(shù)可以補(bǔ)充IVW[16]。簡單眾數(shù)法對(duì)SNP位點(diǎn)進(jìn)行聚類。加權(quán)模式通過引入權(quán)重,對(duì)聚類的貢獻(xiàn)度進(jìn)行加權(quán)[17]。在敏感性分析中,Cochran's Q統(tǒng)計(jì)來檢測異質(zhì)性,采用MR-Egger回歸、MR-Pleiotropy殘差和離群點(diǎn)方法來檢測多效性。MR-Egger回歸方法中的截距被認(rèn)為是存在多效性的標(biāo)志,以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。MR-Pleiotropy Residual Sum and Outlier methods (MR-PRESSO)方法可以檢測離群SNP位點(diǎn)的存在。采用留一法來檢測因果推斷是否會(huì)被某一特定SNP位點(diǎn)影響。R2來評(píng)估SNP位點(diǎn)所解釋的變異程度(R2=2×(1-MAF)×MAF×β2)。采用F統(tǒng)計(jì)量來計(jì)算工具變量的強(qiáng)弱程度(β是SNP的系數(shù),MAF是小等位基因頻率,se是系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)誤差)。對(duì)每個(gè)納入研究的SNP位點(diǎn),在Pheo Scanner網(wǎng)站排除和混雜因素相關(guān)的SNP位點(diǎn)[18]。本研究進(jìn)行的所有的MR分析都是在R(version 4.2.1)中進(jìn)行的并用“TwoSampleMR” 包(version 0.5.6)[7]和“MRPRESSO” 包(version 1.0)[19]進(jìn)行分析。

2 結(jié)果

2.1 工具變量 本研究用SNP位點(diǎn)代理的暴露揭示不同飲食習(xí)慣和日本人群肝癌發(fā)生的因果關(guān)聯(lián)。通過篩選,研究得到了和不同飲食習(xí)慣顯著相關(guān)且彼此獨(dú)立的SNP位點(diǎn),在結(jié)局中提取SNP位點(diǎn)信息并且協(xié)同了SNP位點(diǎn)在暴露和結(jié)局中的信息。移除了回文序列、不兼容的SNP位點(diǎn)、離群的SNP位點(diǎn)以及和混雜因素有關(guān)的SNP位點(diǎn)。HBV和HCV感染、黃曲霉素污染的食物、吸煙、高酒精攝入、肥胖和糖尿病是肝癌的高危因素,因此,在PheoScanner網(wǎng)站查詢,如果納入研究的SNP位點(diǎn)和這些高危因素有關(guān)則剔除。 對(duì)于剩余的SNP位點(diǎn),計(jì)算每個(gè)SNP位點(diǎn)的F值。結(jié)果表明,本研究中納入的SNP位點(diǎn)都是強(qiáng)工具變量。部分SNP位點(diǎn)基本信息,見表1。

表1 與不同飲食攝入有關(guān)的SNP位點(diǎn)信息Table 1 Information on SNP loci associated with different dietary intake

2.2 兩樣本MR分析 本研究用五種方法來揭露不同飲食習(xí)慣和日本人群肝癌發(fā)生的因果關(guān)系。作為主要的因果推斷方法,IVW方法得到了面包的攝入會(huì)增加肝癌患病的風(fēng)險(xiǎn)(IVW:面包攝入OR:1.32,95%CI:1.09-1.60,P=0.004),用加權(quán)中位數(shù)的方法也得到了相同的結(jié)論(加權(quán)中位數(shù):面包攝入OR:1.40,95%CI:1.09-1.80,P=0.01),但是用其他3種方法并沒有得出相同的結(jié)論。用IVW方法沒有得到其他不同飲食習(xí)慣和肝癌具有因果關(guān)聯(lián),其他方法也得到了相同的結(jié)論,見表2。

表2 不同飲食攝入與日本人群肝癌的MR結(jié)果Table 2 MR estimations of different dietary intakes on liver cancer in Japan population

在面包攝入和肝癌因果推斷的MR分析中,異質(zhì)性和多效性不存在(P>0.05)(見表2)。留一法的結(jié)果表明,面包攝入和日本人群肝癌發(fā)生的因果推斷具有穩(wěn)健性(見圖1 A)。散點(diǎn)圖表明了用不同的因果推斷方法揭露了代表面包攝入的飲食習(xí)慣的SNP位點(diǎn)對(duì)日本人群肝癌發(fā)生的影響趨勢(見圖1B)。 森林圖表示了單個(gè)的SNP位點(diǎn)在面包攝入與肝癌風(fēng)險(xiǎn)因果推斷中的效力,見圖1C。

圖1 面包攝入與肝癌低風(fēng)險(xiǎn)因果推斷的留一法敏感性分析、數(shù)點(diǎn)圖、森林圖Figure 1 Leave-one-out sensitivity analysis, dot plots, and forest plots for causal inference of the association between bread infake and low risk of liver cancer注:A.面包攝入與肝癌風(fēng)險(xiǎn)因果推斷的留一法敏感性分析;B.面包攝入與肝癌風(fēng)險(xiǎn)因果推斷的散點(diǎn)圖;C.面包攝入與肝癌風(fēng)險(xiǎn)因果推斷的森林圖。

3 討論

隨著生活方式和飲食習(xí)慣的改變, 肝癌的發(fā)病率也在逐年提高。由于肥胖、 飲酒和糖尿病作為肝癌的高危因素,飲食在肝癌的發(fā)生中可能起到一定的作用。本研究使用兩樣本孟德爾的方法來揭露不同飲食習(xí)慣和日本人群中肝癌發(fā)生的因果關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn),增加面包的攝入可能增加日本人群罹患肝癌的風(fēng)險(xiǎn)。

本研究表明,面包攝入與肝癌風(fēng)險(xiǎn)增加呈正相關(guān)。Hosseini[20]利用標(biāo)準(zhǔn)化的問卷采訪了242例肺癌患者和484例對(duì)照組,他們認(rèn)為面包攝入是伊朗人群中罹患肺癌的一個(gè)危險(xiǎn)因素。本研究中2/3的參與者攝入的面包種類為全谷物面包,而研究也分析了谷物攝入和肝癌風(fēng)險(xiǎn)增加的因果關(guān)聯(lián),可研究并沒有得到谷物攝入和肝癌風(fēng)險(xiǎn)增加的因果關(guān)系。因此,面包攝入會(huì)增加肝癌的風(fēng)險(xiǎn)而谷物攝入和肝癌風(fēng)險(xiǎn)增加無關(guān)的原因可能為:①面包通常缺乏麩皮。由于大部分抗氧化劑都存在于谷類食品的麩皮中,因此去除麩皮可能會(huì)消除這些食品對(duì)癌癥的預(yù)防作用。有研究[21]表明,精制谷物與上呼吸道癌癥的風(fēng)險(xiǎn)直接相關(guān),而全谷物谷類被發(fā)現(xiàn)具有保護(hù)作用。用麩皮中的阿魏酸處理的HepG2細(xì)胞,處于S期的細(xì)胞百分比顯著增加,細(xì)胞凋亡和自噬的生物標(biāo)志物也顯著增加[22]。②面包中含有大量的糖類。研究[23]發(fā)現(xiàn),在HBV陽性組中,血葡萄 糖水平處于第四個(gè)四分位數(shù)的受試者的原發(fā)性肝癌的風(fēng)險(xiǎn)增加。胰島素抵抗是糖尿病患者中高血糖的一個(gè)主要原因。與糖尿病相關(guān)的胰島素抵抗可能會(huì)上調(diào)胰島素樣生長因子-1(Insulin-like growth factors -1, IGF-1)的產(chǎn)生,它刺激細(xì)胞增殖和抑制肝臟內(nèi)的細(xì)胞凋亡[24]。此外,胰島素抵抗導(dǎo)致促炎癥細(xì)胞因子的水平升高,例如腫瘤壞死因子和白細(xì)胞介素-6,這有利于肝臟脂肪變性和炎癥的發(fā)展以及隨后肝癌的產(chǎn)生[25]。③這種作用可能由非酒精性脂肪肝介導(dǎo)的。研究表明,長期食用精制谷物與非酒精性脂肪肝風(fēng)險(xiǎn)的增加顯著相關(guān)(OR:3.36;95%CI;1.44-7.87),而后者又是肝癌發(fā)生的一個(gè)常見危險(xiǎn)因素[26]。非酒精性脂肪肝中致癌機(jī)制的非常復(fù)雜,如慢性炎癥和高胰島素血癥,可導(dǎo)致較高的肝癌風(fēng)險(xiǎn),特別是在有基礎(chǔ)的糖尿病患者中。

兩項(xiàng)隊(duì)列研究發(fā)現(xiàn)較高的乳制品總攝入量(每天三份或更多)和更高的肝癌發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)有關(guān),而多飲用酸奶則與較低的風(fēng)險(xiǎn)有關(guān),并且這些關(guān)聯(lián)在沒有HBV和HCV感染的患者中仍然存在[27]。乳制品和肝癌風(fēng)險(xiǎn)關(guān)聯(lián)的潛在生物機(jī)制可能在于循環(huán)中的IGF-1。攝入大量乳制品可能增加血漿IGF-1的水平[28]。研究[29]證 實(shí),IGF-1可能導(dǎo)致肝癌的發(fā)生。以蔬菜為基礎(chǔ)的飲食習(xí)慣與較低的肝癌風(fēng)險(xiǎn)有關(guān)[30],研究表明總纖維和植物纖維(特別是谷類纖維)與較低的肝癌風(fēng)險(xiǎn)有關(guān),而水果纖維似乎與肝癌風(fēng)險(xiǎn)無關(guān)[31]。與水果纖維相比,谷物纖維已經(jīng)被一致認(rèn)為與癌癥的發(fā)生有較低的關(guān)聯(lián)[32]。一個(gè)可能的原因是水果汁含有糖或添加糖(果糖和蔗糖),這可能導(dǎo)致肝臟損傷和非酒精性脂肪肝從而掩蓋了纖維攝入的好處。魚的攝入已被證明可以降低癌癥風(fēng)險(xiǎn)[5],這可能是由于魚存在的長鏈n-3多不飽和脂肪酸。大量的實(shí)驗(yàn)研究表明,n-3 多不飽和脂肪酸具有抗炎活性,可以抑制IL-1和TNF的合成[33],這有助于預(yù)防肝癌的發(fā)生。此外,包括魚和家禽在內(nèi)的白肉是豐富的支鏈氨基酸來源。支鏈氨基酸能加速胰島素誘導(dǎo)的血管內(nèi)皮生長因子mRNA的降解,在肝癌的發(fā)展過程中下調(diào)血管內(nèi)皮生長因子的表達(dá)[34]。支鏈氨基酸還可以通過雷帕霉素靶蛋白復(fù)合體依賴的途徑抑制胰島素誘導(dǎo)的PI3K/Akt途徑來誘導(dǎo)肝癌細(xì)胞的凋亡[35]。研究[36]表明,綠茶與肝癌風(fēng)險(xiǎn)之間有顯著的反向關(guān)系(RR:0.79,95%CI:0.68～0.93)。然而,一項(xiàng)病例對(duì)照研究[37]顯示,尿液中較高的兒茶素水平可能不會(huì)降低而會(huì)增加肝癌的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)。 在本研究中,我們并沒有得到乳制品、熟食蔬菜、魚油和綠茶與肝癌發(fā)生的因果關(guān)系。

研究表明,肉類攝入與癌癥風(fēng)險(xiǎn)有關(guān)。 一項(xiàng)meta分析[38]表明,食用紅肉與肝癌的風(fēng)險(xiǎn)無關(guān)(RR: 1.04;95%CI:0.91～1.18;P: 0.033)。然而,較高的加工肉的膳食攝入可能會(huì)增加肝癌的風(fēng)險(xiǎn)(RR:1.20;95%CI: 1.02～1.41;P:0.228)。相反,白肉的攝入與肝癌的風(fēng)險(xiǎn)呈反比關(guān)系(RR:0.76;95%CI:0.63～0.92;P:0.001)。加工肉制品增加肝癌風(fēng)險(xiǎn)的潛在機(jī)制尚不明確,可能是由以下途徑介導(dǎo)的:①多項(xiàng)研究證實(shí)致癌物質(zhì),如多環(huán)芳烴(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons, PAHs)、雜環(huán)胺(Heterocyclic amines, HCAs)、N-亞硝基化合物(N-nitroso compounds, NOCs)和血紅素鐵是在加工肉類時(shí)產(chǎn)生的。肉類中的肌酸和肌酐在高溫加工過程中會(huì)產(chǎn)生HCAs,并且隨著溫度和時(shí)間的增加會(huì)產(chǎn)生更多的HCAs。HCAs被代謝激活,誘發(fā)DNA序列突變并促進(jìn)細(xì)胞增殖,從而導(dǎo)致癌癥[39]。②細(xì)胞色素P450酶誘導(dǎo)PAHs,與DNA共價(jià)結(jié)合,促進(jìn)DNA序列的變異[40]。③不僅高溫加工可以產(chǎn)生NOCs,而且肉類中的血紅素鐵也能誘發(fā)內(nèi)源性合成NOCs和遺傳毒性的自由基[41]。在本研究中,并沒有得到加工肉、白肉(家禽)和紅肉(牛羊肉)的攝入與日本人群肝癌風(fēng)險(xiǎn)增加有關(guān)。這與Yun[10]探討肉類攝入與歐洲人群消化道癌癥風(fēng)險(xiǎn)之間的因果關(guān)系,但并沒有得到肉類攝入增加與肝癌風(fēng)險(xiǎn)增加有關(guān)的結(jié)果一致。

本研究利用MR來揭示不同的飲食習(xí)慣和日本人群中肝癌發(fā)生的因果關(guān)系,但大多數(shù)暴露和結(jié)局之間并沒有得到相應(yīng)的因果關(guān)聯(lián)。可能原因如下:①本研究的研究人群主要是日本血統(tǒng),有關(guān)日本人群研究的GWASs的樣本量過小。②納入本研究的飲食習(xí)慣和日本人群肝癌的發(fā)生可能根本上就沒有因果關(guān)聯(lián)。以往的觀察性研究得出的結(jié)論很可能沒有較好的控制混雜因素。③不同研究對(duì)表型的定義不一樣。

4 結(jié)論

本研究認(rèn)為面包的攝入會(huì)增加日本人群肝癌患病的風(fēng)險(xiǎn)。 但這需要更大樣本量的GWASs數(shù)據(jù)來證實(shí)。