基于孟德爾隨機化探究甲狀腺功能減退癥與多種結締組織疾病的因果關系

【摘 要】目的：通過孟德爾隨機化（MR）算法，探究甲狀腺功能減退癥與系統(tǒng)性紅斑狼瘡、皮肌炎、類風濕關節(jié)炎、混合性結締組織病之間的因果關系。方法：根據(jù)相應的閾值從全基因組關聯(lián)研究數(shù)據(jù)（GWAS）中選取與甲狀腺功能減退癥有關的單核苷酸多態(tài)性位點（SNPs），并采用逆方差加權法（IVW）、MR-Egger回歸、加權中位數(shù)法、簡單模式和加權模式進行評估，以探究甲狀腺功能減退癥與多種結締組織疾病之間風險關聯(lián)性。同時利用Cochran Q檢驗評估SNPs的異質性，使用MR-Egger截距檢驗SNPss的水平多效性，以“留一法”敏感性分析驗證MR結果是否受單個SNP的影響。結果：甲狀腺功能減退癥是多種結締組織疾病發(fā)生的危險因素。IVW模型顯示，甲狀腺功能減退癥是系統(tǒng)性紅斑狼瘡（OR = 1.612）、皮肌炎（OR = 2.410）、類風濕關節(jié)炎（OR = 1.004）、混合性結締組織疾?。∣R = 1.078）的危險因素。MR-Egger回歸截距項的P值均 > 0.05，表明所用的SNPs不存在基因多效性，說明本研究的結果可靠；異質性檢驗結果的P值均 > 0.05，提示所篩SNPs之間無異質性；“留一法”敏感性分析顯示因果關聯(lián)不受單一SNP效應的影響。結論：遺傳學研究表明，甲狀腺功能減退癥增加系統(tǒng)性紅斑狼瘡、皮肌炎、類風濕關節(jié)炎、混合性結締組織疾病的發(fā)生風險。

【關鍵詞】 甲狀腺功能減退癥；結締組織疾病；孟德爾隨機化；因果關系

Exploring the Causal Relationship Between Hypothyroidism and Various Connective Tissue Diseases Based on Mendelian Randomization

CHEN Bing-kun，CHENG Bin，CHEN An-ming，LIU Hong-wei，HUANG Yan-feng，TANG Hao-xi，LI Lin-hai

【ABSTRACT】Objective：To explore the causal relationship between hypothyroidism and systemic lupus erythematosus，dermatomyositis，rheumatoid arthritis，and mixed connective tissue diseases using Mendelian randomization（MR）algorithm.Methods：Single nucleotide polymorphisms（SNPs）associated with hypothyroidism were selected from genome-wide association study data（GWAS）based on corresponding thresholds，and evaluated using inverse variance weighted（IVW），MR-Egger regression，weighted median，simple mode，and weighted mode to explore the risk association between hypothyroidism and various connective tissue diseases.At the same time，Cochran Q method was used to evaluate the heterogeneity of SNPs，and MR-Egger intercept was used to test the horizontal pleiotropy of SNPs.The "Leave-One-Out" sensitivity analysis was used to verify whether the MR results were affected by a single SNP.Results：Hypothyroidism is a risk factor for various connective tissue diseases.The IVW model shows that hypothyroidism is a risk factor for systemic lupus erythematosus（OR = 1.612），dermatomyositis（OR = 2.410），rheumatoid arthritis（OR = 1.004），and mixed connectivetissue diseases（OR = 1.078）.The P-valuesof the intercept term in MR-Egger regression are all greater than 0.05，indicating that the SNPs used do not have gene pleiotropy，and the results of this study are reliable;the P-values of the heterogeneity test results are all greater than 0.05，indicating that there is no heterogeneity among the screened SNPs;the sensitivity analysis of the "Leave-One-Out" shows that causal associations are not affected by the effects of a single SNP.Conclusion：Genetic studies have shown that hypothyroidism increases the risk of systemic lupus erythematosus，dermatomyositis，rheumatoid arthritis，and mixed connective tissue diseases.

【Keywords】 hypothyroidism;connective tissue diseases;Mendelian randomization;causal relationship

結締組織?。╟onnective tissue disease，CTD）是一類以結締組織的炎癥、纖維化和免疫系統(tǒng)異常為特征的疾病，主要包括類風濕關節(jié)炎（rheumatoid arthritis，RA）、系統(tǒng)性紅斑狼瘡（systemic lupus erythematosus，SLE）、皮肌炎（dermatomyositis，DM）、混合性結締組織?。╩ixed connective tissue disease，MCTD）等［1］，這些疾病可以影響全身的多個器官和組織，包括皮膚、關節(jié)、肌肉、心臟、肺部和血管等［2-4］。它們是常見的自身免疫失衡引起的慢性炎癥性疾病，其病因尚不清楚，并且全球發(fā)病率日漸上升［5］。據(jù)報道，CTD不僅與免疫系統(tǒng)異常反應和遺傳物質改變有關，同時環(huán)境因素在CTD發(fā)病中也扮演重要角色［6］。目前，SONG等［7］研究發(fā)現(xiàn)，CTD患者發(fā)生惡性腫瘤的風險升高，包括肺癌、乳腺癌等。因此，研究CTD的相關危險因素以及預防疾病的發(fā)生和發(fā)展尤為重要。

甲狀腺功能減退癥是一種甲狀腺激素相對缺乏的自身性免疫疾病，女性比男性患病率更高［8］，且與多種疾病發(fā)生有關［9］。HEZARKHANI等［10］指出，甲狀腺功能減退癥與CTD在臨床和病因學上有共性，且兩者臨床表現(xiàn)相似，這可能增加甲狀腺功能減退癥患者發(fā)生CTD的風險。然而，MCCOY等［11］研究發(fā)現(xiàn)，伴有甲狀腺功能減退癥的患者與發(fā)生CTD的風險之間并無明顯差異。因此，甲狀腺功能減退癥與CTD之間的確切關聯(lián)尚需進一步闡明。

由于混雜因素的干擾，以至于觀察性研究的結果易引起爭議［12］，從而使得甲狀腺功能障礙與CTD發(fā)生風險理解存在不足。孟德爾隨機化（MR）法是將遺傳變異作為工具變量（IV）反映暴露因素與結局之間是否存在因果效應［13］。本研究基于全基因組關聯(lián)研究（GWAS）數(shù)據(jù)庫，通過MR分析探究甲狀腺功能減退癥是否與CTD風險增加存在因果關系。

1 資料與方法

1.1 研究設計 采用MR研究甲狀腺功能減退癥與多種CTD風險的因果關聯(lián)。首先，從GWSA數(shù)據(jù)庫獲得與甲狀腺功能減退癥有關的暴露因素數(shù)據(jù)集，并獲取相關的單核苷酸多態(tài)性位點（SNPs）作為IV。其次，通過GWSA獲取SLE、DM、RA、MCTD的關聯(lián)數(shù)據(jù)集，確定與IV的相應SNPs，通過統(tǒng)計學方法綜合評價甲狀腺功能減退癥與多種CTD的風險因果關聯(lián)。MR分析應滿足3個假設：①IV應與暴露因素具有顯著相關性；②IV與“暴露-結局”的混雜因素應被排除；③ IV僅通過暴露因素而非其他因素影響結局。見圖1。

1.2 資料來源 本研究數(shù)據(jù)來源于GWAS數(shù)據(jù)庫（https：//gwas.mrcieu.ac.uk/），收集了歐洲相關SNPs數(shù)據(jù)集，包括甲狀腺功能減退癥（樣本量

22 687例，9 851 867個SNPs）、SLE（樣本量482 911例，24 198 877個SNPs），DM（樣本量213 353例，16 380 451個SNPs），RA（樣本量484 598例，9 587 836個SNPs）和MCTD（樣本量115 768例，16 380 466個SNPs）。見表1。

1.3 相關SNPs篩選 首先，以P < 5×10-8篩出與甲狀腺功能減退癥的SNPs位點，并設置連鎖不平衡參數(shù)（LD）R2 < 0.001，遺傳距離為10 MB，選擇具有最小P值的SNPs，并使用Phenoscanner排除混雜因素，從而篩選出適當?shù)腎V。其次，提取數(shù)據(jù)集SNPs的相應編號、效應等位基因和非效應的等位基因，并對其進行整理和合并，確保暴露因素和結局的效應值相對于同一等位基因。再次，采用多種統(tǒng)計學方法推斷甲狀腺功能減退癥和多種CTD的因果關聯(lián)。

1.4 統(tǒng)計學方法 將暴露和結局數(shù)據(jù)集的數(shù)據(jù)合并以保證結局變量SNPs與暴露因素SNPs的等位基因一致。使用MR-Egger回歸法、加權中位數(shù)法、逆差加權法（IVW）、加權模式和簡單模式等統(tǒng)計方法驗證MR的結果，以評價因果關聯(lián)的真實性，其中，IVW法是主要的MR分析方法。在IV滿足MR的條件時，IVW將每個單獨的SNPs因果效應比值結合起來，以反映暴露對結局的因果關系；當SNPs為有效的IV時，加權中位數(shù)法可獲得對因果效應的一致估計［14］；同時，MR-Egger回歸法用于檢驗IV是否存在多效性，其截距代表水平多效性的效應估計值［15］。統(tǒng)計分析采用R 4.1.0進行，并將檢驗水準設定為α = 0.05。

2 結 果

2.1 IV的篩選 IV的篩選需要滿足MR的條件，通過刪除弱IV及混雜因素相關的SNPs。共篩選出85個與甲狀腺功能減退癥有關的SNPs作為最終的IV，然后將甲狀腺功能減退癥SNPs數(shù)據(jù)集分別與CTD相關SNPs數(shù)據(jù)集合并，最終分別篩選出SNPSLE53個、SNPDM72個、SNPRA74個、SNPMCTD72個IV。見圖2。通過MR-Egger回歸可檢驗IV的水平多效性，結果顯示，截距項bSLE = -0.017（P = 0.548）、bDM = 0.019 （P = 0.694）、bRA = 0.0001（P = 0.115）、bMCTD = 0.004 （P = 0.165），表明所篩選的SNP與結局變量不存在基因多效性，因此不影響MR分析的結果。見表2。

2.2 MR結果分析 為了推斷甲狀腺功能減退癥與CTD是否存在因果關聯(lián)性，使用5種MR的相關分析方法，根據(jù)表3顯示，在IVW模型中，甲狀腺功能減退癥與SLE、DM、RA及MCTD的P值均 < 0.05，差異有統(tǒng)計學意義，其中ORSLE = 1.612、

ORDM = 2.410、ORRA = 1.004、ORMCTD = 1.078。此外，其他4種模型與IVW模型趨勢大體保持一致，提示甲狀腺功能減退癥增加了SLE、DM、RA及MCTD的發(fā)生風險，見圖3。

2.3 MR性能驗證 為了排除IV間的異質性，筆者采用了Cochran's檢驗，結果顯示，MR-Egger和IVW兩種方法的Cochran's Q檢驗P值均> 0.05，表明IV間不存在異質性，提示IV之間差異不影響甲狀腺功能減退癥和多種CTD的因果關聯(lián)。見表4。另外，從圖4可知，IV中的SNPs基本呈對稱分布，進一步提示IV間的異質性較小。為了排除單個SNP對因果關聯(lián)性的影響，使用“留一法”逐個去除SNPs，以檢驗其余SNPs因果效應與全部SNPs的MR分析結果，結果顯示，逐一排除單個SNP均在“0”的右側且偏倚較小，表明去除任意一個SNP均不影響因果關聯(lián)性的判斷，提示MR分析結果可靠。見圖5。

3 討 論

本研究使用GWAS數(shù)據(jù)集，運用MR分析，IVW結果支持甲狀腺功能減退癥與SLE（OR = 1.612）、DM（OR = 2.410）、RA（OR = 1.004），及MCTD（OR = 1.078）風險增加存在因果相關。

流行病學研究顯示，甲狀腺功能減退癥與CTD之間存在一定的關聯(lián)和相互影響［16］。甲狀腺功能減退癥通常是由于甲狀腺激素分泌不足引起代謝率下降［17］，而CTD是一種自身免疫性疾病，可影響多個器官，治療復雜及病情反復［18］。多項研究結果顯示，甲狀腺功能減退癥患者更容易合并患有CTD。HAMPL等［19］研究發(fā)現(xiàn)，患有甲狀腺功能減退癥的婦女患RA的風險增加。此外，一項回顧性研究顯示，甲狀腺功能減退癥患者合并患有SLE的比例明顯增加［20-21］。報道還指出，甲狀腺功能減退癥患者可能會出現(xiàn)關節(jié)疼痛、肌肉無力、皮膚干燥和炎癥性黏膜等癥狀，增加發(fā)生DM和RA等CTD風險［22-25］。然而，由于混雜因素和反向因果的影響，僅依靠觀察性研究很難明確甲狀腺功能減退癥與CTD之間的因果關系。

MR分析是一種相對新穎的流行病學研究方法，利用遺傳變異推斷疾病與健康結果的影響［26］。本研究采用MR方法，最大程度地避免混雜和反向因果的影響，從基因層面確定了甲狀腺功能減退癥是多種CTD的風險因素，其中包括SLE、RA、DM、MCTD等，為觀察性研究提供了更確切的依據(jù)。然而，本研究的不足之處在于結果僅基于歐洲人群，可能存在種族間的差異，因此需要在其他人群中進一步驗證。

綜上所述，本研究從遺傳學層面推斷甲狀腺功能減退癥與CTD的相關性，采用了IVW、加權中位數(shù)法等算法分析甲狀腺功能減退癥與SLE、DM、RA、MCTD的因果關系，且結果保持一致。因此，支持甲狀腺功能減退癥與多種CTD風險增加存在因果關聯(lián)性。

參考文獻

［1］ XU YC，WANG JX，CHU YR，et al.Diseases of the musculoskeletal system and connective tissue and risk of breast cancer：mendelian randomization study in European and East Asian populations［J］.Front Oncol，2023，26（13）：1170119-1170127.

［2］ GE X，F(xiàn)RANK-BERTONCELJ M，KLEIN K，et al.Functional genomics atlas of synovial fibroblasts defining rheumatoid arthritis heritability［J］.Genome Biol，2021，22（1）：247-285.

［3］ VONK MC，VANDECASTEELE E，VAN DIJK AP.Pulmonary hypertension in connective tissue diseases，new evidence and challenges［J］.Eur J Clin Invest，2021，51（4）：e13453-e13464.

［4］ SMOLEN JS，ALETAHA D，MCINNES IB.Rheumatoid arthritis［J］.Lancet，2016，388（10055）：2023-2038.

［5］ MUSTAFA ALI S，NASER AY，ALGHANEMI AG，et al.

Musculoskeletal system and connective tissue related hospital admission in england and wales between 1999 and 2019：an ecologic study［J］.Cureus，2022，14（12）：e32453-e32462.

［6］ FAVA A，PETRI M.Systemic lupus erythematosus：diagnosis and clinical management［J］.J Autoimmun，2019，96（1）：1-13.

［7］ SONG L，WANG Y，ZHANG J，et al.The risks of cancer development in systemic lupus erythematosus（SLE） patients：a systematic review and Meta-analysis［J］.Arthritis Res Ther，2018，20（1）：270-282.

［8］ SCHNEIDER SA，TSCHAIDSE L，REISCH N.Thyroid disorders and movement disorders-a systematic

review［J］.Mov Disord Clin Pract，2023，10（3）：360-368.

［9］ HEGEDüS L，BIANCO AC，JONKLAAS J，et al.Primary hypothyroidism and quality of life［J］.Nat Rev Endocrinol，2022，18（4）：230-242.

［10］ HEZARKHANI S，SEDIGHI S，AGHAEI M，et al.Rheumatologic manifestations in Iranian patients with auto-

immune thyroid diseases［J］.J Clin Diagn Res，2014，8（10）：MC06-MC08.

［11］ MCCOY SS，CROWSON CS，GABRIEL SE，et al.Hypothyroidism as a risk factor for development of cardiovascular disease in patients with rheumatoid arthritis［J］.J Rheumatol，2012，39（5）：954-958.

［12］ EVANS DM，DAVEY SMITH G.Mendelian randomization：new applications in the coming age of hypothesis-free causality［J］.Annu Rev Genomics Hum Genet，2015，22（16）：327-350.

［13］ BAE SC，LEE YH.Coffee consumption and the risk of rheumatoid arthritis and systemic lupus erythematosus：a Mendelian randomization study［J］.Clin Rheumatol，2018，37（10）：2875-2879.

［14］ BOWDEN J，DAVEY SMITH G，HAYCOCK PC，et al.

Consistent estimation in mendelian randomization with some invalid instruments using a weighted median estimator［J］.Genet Epidemiol，2016，40（4）：304-314.

［15］ BURGESS S，THOMPSON SG.Interpreting findings from Mendelian randomization using the MR-Egger method［J］.Eur J Epidemiol，2017，32（5）：377-389.

［16］ LUO W，MAO P，ZHANG L，et al.Association between systemic lupus erythematosus and thyroid dysfunction：a meta-analysis ［J］.Lupus，2018，27（13）：2120-2128.

［17］ CHAKER L，RAZVI S，BENSENOR IM，et al.Hypothyroidism［J］.Nat Rev Dis Primers，2022，8（1）：30.

［18］ 于江虹.結締組織病的分類與診療要點綜述［J］.中國實用醫(yī)藥，2023，18（9）：176-180.

［19］ HAMPL JS，PAPA DJ.Breastfeeding-related onset，

flare，and relapse of rheumatoid arthritis［J］.Nutr Rev，2001，59（8 Pt 1）：264-268.

［20］ LIU X，YUAN J，ZHOU H，et al.Association between systemic lupus erythematosus and primary hypothyroidism：evidence from complementary genetic methods［J］.J Clin Endocrinol Metab，2023，108（4）：941-949.

［21］ DOMINGUES SL，GON?ALVES FT，JORGE MLMP，et al.

High prevalence of hypothyroidism in systemic lupus erythematosus patients without an increase in circulating anti-thyroid antibodies［J］.Endocr Pract，2017，23（11）：1304-1310.

［22］ CHARALABOPOULOS K，MITTARI E，PESCHOS D，et al.Rare association of chronic lymphocytic thyroiditis with dermatomyositis［J］.Arch Med Res，2006，37（4）：563-565.

［23］ 龐國明，武楠，倪青.成人原發(fā)性甲狀腺功能減退癥病證結合診療指南［J］.世界中醫(yī)藥，2023，18（16）：2265-2272.

［24］ 伍偉，何東初.類風濕關節(jié)炎與甲狀腺功能關系的研究［J］.風濕病與關節(jié)炎，2019，8（6）：38-40，48.

［25］ 韓蕊，馮磊，趙澐.以甲狀腺功能減退首發(fā)的混合性結締組織病漏診分析［J］.臨床誤診誤治，2017，30（1）：53-55.

［26］ RIAZ H，KHAN MS，SIDDIQI TJ，et al.Association between obesity and cardiovascular outcomes：a systematic review and Meta-analysis of mendelian randomization studies［J］.JAMA Netw Open，2018，1（7）：e183788-e183797.

收稿日期：2024-05-18；修回日期：2024-06-28