屏幕暴露與孤獨癥譜系障礙因果關系的孟德爾隨機化研究

韓路,蔚然,關陸陽,許冰嵐,薛斌,柯曉燕

孤獨癥譜系障礙(ASD)是一種高度可遺傳的疾病,特征為社交交流與社交互動缺陷,以及限制性、重復性的行為、興趣和活動模式[1]。目前,ASD的病因尚不明確,環(huán)境因素和遺傳因素的交互作用可能導致疾病發(fā)生,其中環(huán)境因素占ASD風險的50%以上[1]。屏幕暴露是指電腦、電視、手機等電子產(chǎn)品的接觸與使用,被認為是導致ASD的環(huán)境危險因素之一[2-7]。一項針對上海152名新生兒的屏幕暴露隊列研究發(fā)現(xiàn),過早、過長的屏幕暴露會影響其認知、語言和社交的發(fā)展[2]。此外,相關研究顯示,過早暴露于電子屏幕環(huán)境可能會導致其患上ASD的風險增高[3-7]。然而,這些研究主要存在以下三點不足。首先,研究采用回顧性設計,研究者通常采用父母報道的回憶數(shù)據(jù)作為研究依據(jù),可能會導致一定的偏倚。其次,采用的問卷是由研究者自行制定,缺乏統(tǒng)一的標準,也可能影響研究結果的準確性。最后,研究過程中存在難以控制的混雜或偏倚,無法真正反映屏幕暴露和ASD之間的因果關系。因此,為了進一步探究屏幕暴露與ASD之間的因果關系,研究人員應提供更可靠的證據(jù)。

孟德爾隨機化(MR)是一種隨機化研究設計,旨在探究多個基因位點之間的相互作用,以及多個基因位點和疾病之間的相互作用。該方法基于統(tǒng)計學中工具變量分析原理,將基因作為待研究暴露因素的工具變量。由于配子形成過程中等位基因遵循隨機分配原則,因此基因與疾病之間的關聯(lián)不會受到出生后環(huán)境因素、行為因素等混雜因素的干擾,且因果時序合理,從而使得效應估計值更接近真實情況。與傳統(tǒng)的隨機對照試驗相比,MR方法更加實用和便捷,同時在可靠性方面與隨機對照試驗相似[8]。因此,本研究的假設是屏幕暴露與ASD之間存在因果關系,并采用MR的研究設計進行推斷。

1 對象和方法

1.1 對象

本研究使用了英國生物樣本庫的匯總數(shù)據(jù),該樣本庫是目前規(guī)模最大的人類遺傳隊列生物樣本庫。其中包含了來自英國40歲至69歲之間的約50萬名志愿者的疾病、生活方式以及基因型數(shù)據(jù)。樣本的獲得經(jīng)過詳細的知情同意過程,參與者在知情同意書中詳細闡述了他們的參與權利和風險。在同意參與后,參與者定期提供血液、尿液和唾液樣本,以及有關他們生活方式的詳細信息,并同意其樣本用于研究。本研究所使用的數(shù)據(jù)不包含任何可識別的個人信息,確保數(shù)據(jù)使用的合法性和受試者隱私。本研究中,屏幕暴露被選作暴露因素,該信息由受試者自我報告其每天使用電腦/平板/智能手機等電子設備的平均時間(不包括工作中使用電腦辦公的時間)。如受試者回答“0 h”或“24 h”,則被視為拒絕回答問卷;如受試者每日花費6 h以上的時間使用電子設備,則會通過面談、電話或郵件再次確認其電子設備使用情況,以避免因為受試者自報的數(shù)據(jù)不準確而引入偏差。若受試者在每天使用電子設備時間方面存在較大差異,則給出過去4周內(nèi)平均每天使用電子設備的時間。最終共納入360 895名歐洲人群的屏幕暴露與相關基因型數(shù)據(jù)[9],年齡為(56.59±8.1)歲,女性比例為54%,男性比例為46%。平均屏幕暴露時間為(1.3±1.5) h。其中,有5 865名超過了6 h的屏幕暴露時間,而有116 635名的屏幕暴露時間少于1 h。

ASD的全基因組關聯(lián)研究數(shù)據(jù)來源于精神基因組學聯(lián)合會和丹麥倫德貝克基金會綜合精神病學研究倡議組織。該數(shù)據(jù)庫包含了1981年至2005年間出生的整個丹麥人口,共計1472 762人。2012年,根據(jù)丹麥精神病學研究登記系統(tǒng)中的診療記錄,其中18 381例診斷為ASD。健康對照組是從數(shù)據(jù)庫中無診療記錄的個體中隨機抽樣,共計27 969名[10]。以上全基因組關聯(lián)研究和所包括的數(shù)據(jù)庫的相關審查委員會的批準均由原作者在進行研究和建立數(shù)據(jù)庫時獲得,其參與者均知情同意。

1.2 方法

MR的三大傳統(tǒng)計算方法包括逆方差加權法(inverse variance weighted,IVW)、MR-Egger和加權中位數(shù)法。IVW是最常用的方法,它通過權衡每個SNP的逆方差來計算總效應量。MR-Egger考慮了截距項的存在,能夠在存在多效性偏倚的情況下提供準確的因果效應估計。加權中位數(shù)法利用大部分SNPs來判斷因果關系是否存在。在本研究中,使用IVW為主要分析方法來評估屏幕暴露和ASD之間的因果關系。Cochran'sQ檢驗用于評估SNP的異質性,如果存在異質性,則選用隨機效應IVW或加權中位數(shù)法。此外,使用MR-Egger進行敏感性分析,以評估因果關系的穩(wěn)健性。在MR-Egger截距分析中,若截距項具有明顯的統(tǒng)計學意義,這表明基因工具不僅可以通過暴露因素對結果產(chǎn)生影響,而且可能存在其他影響途徑,這違反了MR的第三個假設,即檢驗結果具有明顯的水平多效性[11-12]。使用散點圖、敏感性分析圖進行可視化。P<0.05視為差異具有統(tǒng)計學意義。本研究采用雙樣本MR,使用R 4.2.1軟件中的Two Sample MR包實現(xiàn)。

2 結果

2.1 MR分析結果

本研究選擇與屏幕暴露在全基因組水平上顯著相關(P<5×10-8)的SNPs作為候選的工具變量。為避免候選的SNPs之間存在較強的連鎖不平衡,使用千人基因組計劃中歐洲個體的數(shù)據(jù)作為參考樣本計算工具變量間的相關系數(shù)(r2=0.001,kb=10 000)[13],最終篩選出75個與屏幕暴露相關的全基因組顯著的SNPs作為工具變量。Cochran's Q檢驗提示該研究存在一定的異質性(Q=134.46,P<0.01)。MR-Egger截距項分析表明該研究不存在水平多效性(截距=0.00052,P=0.97)。因此,本研究符合MR的假設,可以參考隨機效應IVW或加權中位數(shù)法的結果分析屏幕暴露與ASD之間的關聯(lián)。

MR結果表明,隨機效應IVW方法顯示屏幕暴露與ASD的相對風險呈正相關(OR=2.65,95%CI:1.82～3.88,P<0.01),加權中位數(shù)法也得到同樣的結論(OR=2.10,95%CI:1.37～3.20,P<0.01),這表明結果的穩(wěn)健性。MR-Egger法的結果也支持這一趨勢,但95%置信區(qū)間跨度較大(OR=2.55,95%CI:0.37～17.58,P=0.35)。詳見表1,見圖1。

圖1 SNPs與屏幕暴露及ASD風險的關聯(lián)及合并效應

表1 MR分析結果

2.2 結果穩(wěn)定性評估

在進行“留一法”敏感性分析時,依次剔除各個SNP。無論去除哪個SNP,剩余的74個SNPs的結果都在無效線的右側,并且都與總效應的區(qū)間相近(β=0.89～1.02,P<0.01),見圖2。表明單獨去除任意一個SNP都不會對結果產(chǎn)生顯著影響,從而證明本研究的MR結果是穩(wěn)健的。

圖2 “留一法”敏感性分析結果

3 討論

本研究結果表明,屏幕暴露對ASD發(fā)病的因果效應有統(tǒng)計學意義,可能是導致ASD發(fā)病的潛在環(huán)境危險因素之一。本研究的結論有助于促進對ASD病因學的進一步理解,為制定ASD預防策略和尋找潛在干預措施提供重要參考。

先前的研究已經(jīng)表明,屏幕暴露可能會對嬰幼兒的認知、語言和社交情緒產(chǎn)生影響[2]。然而,屏幕暴露與ASD之間關系的研究并不多。中國的學者通過回顧性問卷調查發(fā)現(xiàn),長時間的屏幕暴露會增加ASD的風險[3]。此外一項多中心研究[4]顯示,12月齡時的屏幕暴露與2歲時的ASD癥狀相關。法國的一項大型調查研究(n=12 950)和美國的一項小型開放標簽研究(n=9)也證實了這一結論[5-6],即早期的屏幕暴露與神經(jīng)發(fā)育障礙之間存在關聯(lián)。一項包含16篇研究的Meta分析顯示,ASD人群比典型發(fā)育的人群更早開始接觸電子屏幕,接觸時間也更長。具體來說,ASD人群通常于6個月齡時就開始接觸電子屏幕,青少年時平均每天使用2～5 h的電子設備,尤其是喜歡獨自觀看成人節(jié)目[7]。因此,為了促進嬰幼兒的認知、語言和社交能力的健康發(fā)育,應限制嬰幼兒使用電子設備的時間。美國兒科學會建議18月齡以下的嬰幼兒不使用電子設備,2～5歲兒童的屏幕暴露時間不超過1 h/d[14]。

根據(jù)基因型-表型關聯(lián)的狹義定義,個體的基因型與該個體的表型之間存在因果關系。然而,以不相關個體估計基因型-表型關聯(lián)的常用方法存在風險偏差。人群分層和選擇婚配等因素會在基因型與表型間產(chǎn)生相關性,進而影響因果關系的評估[15]。本研究選擇了年齡在40～69歲的人群的屏幕暴露時間作為暴露因素,但屏幕暴露的相關變異頻率在不同年齡段亞群間可能有差異,因此可能對結果產(chǎn)生一定偏差。然而,早期研究表明40～69歲人群的屏幕暴露時間最長,更有利于觀察暴露因素在生命長期過程中的累積影響[16]。因此,未來研究應該考慮在ASD前瞻性隊列中通過進一步的單樣本MR方法來重新驗證因果關系。

盡管屏幕暴露與ASD之間的確切病理機制尚不清楚,但一些理論提出了可能的解釋?！疤娲僬f”認為,屏幕暴露會吸引兒童的注意力,從而替代發(fā)育適宜的學習機會[17]?！吧鐣丝s假說”則指出,長時間的屏幕暴露會減少兒童與家庭成員和朋友的社交互動,這些社交互動對兒童語言、溝通和社交技能的發(fā)育至關重要[18]。此外,屏幕暴露中快速并行處理的視覺信息可能會妨礙兒童獨立思考的能力,使兒童缺乏充分的時間理解和反思所遇到的社會情境[19]。2015年有學者提出“ASD早期發(fā)育模型理論”,該理論認為嬰兒期的屏幕暴露會刺激大腦以非社交的方式處理視聽刺激,并通過神經(jīng)可塑性的過程使這種視聽感覺加工通路與社交處理通路相互競爭,從而抑制大腦的社交功能和高級認知功能的發(fā)育[20]。這些理論與本研究的結果相一致,即早期屏幕暴露會增加ASD的風險。同時,先前的研究表明,ASD兒童對電子屏幕有較強的偏好,而且家長也經(jīng)常使用電子設備來應對孩子的情緒和行為問題[8]。這意味著屏幕暴露與ASD之間可能存在互為因果的關系。然而,在本研究中,由于缺乏反向因果推斷的工具變量,因此無法推斷ASD是否會增加屏幕暴露的風險,未來仍需進一步確認。

據(jù)我們所知,本研究是第一個探索屏幕暴露和ASD因果關系的孟德爾隨機化研究。雖然本研究樣本較大,擁有足夠的統(tǒng)計效能,但是仍需考慮以下三點不足。首先,本研究的樣本來自于歐洲國家,因此不能確定這些結論是否適用于中國人群。同樣,工具變量是基于成年人的屏幕暴露選擇的,反映的是表型的終身差異,不能確定這些工具變量是否在特定的人生階段(如嬰幼兒期)發(fā)揮作用。然而,應該指出,我們觀測到的成年人的屏幕暴露可能實際上反映了生命早期的屏幕暴露影響,未來仍需進一步研究以證實。其次,由于沒有獲取個體的詳細臨床信息,因此無法探究各診斷亞型與屏幕暴露之間的關系,以及屏幕暴露的內(nèi)容是否與ASD有關。最后,盡管MR是因果推斷的一種有效工具,但是它只能對屏幕暴露與ASD之間的因果關系進行初步推斷,具體的發(fā)病機制仍需進一步的前瞻性隊列研究來確定。

綜上所述,屏幕暴露與ASD之間存在著因果關系。這一發(fā)現(xiàn)為我們制定有效的干預措施,降低兒童患有ASD的風險提供了重要的線索。建議將來的研究加強對屏幕暴露與ASD之間的生物學機制的探究,為制定有效的干預措施提供更多依據(jù)。

利益沖突 所有作者均聲明不存在利益沖突。