應(yīng)用雙樣本孟德爾隨機化方法對肌肉減少癥與認知障礙的因果關(guān)系的研究

[摘要]"目的"采用雙樣本孟德爾隨機化（Mendelian"randomization，MR）方法探究肌肉減少癥與認知障礙之間的因果關(guān)系。方法"將肌肉減少癥主要表現(xiàn)握力、步行速度、四肢肌肉質(zhì)量（appendicular"lean"mass，ALM）定義為暴露因素，將認知障礙的認知功能和認知表現(xiàn)作為研究的結(jié)局疾病。采用MR統(tǒng)計學(xué)方法分析兩者之間的因果關(guān)系。結(jié)果"在肌肉減少癥與認知障礙疾病的因果關(guān)系推斷中，肌肉減少癥與認知表現(xiàn)之間存在正相關(guān)關(guān)系。步行速度、ALM與認知功能之間也存在正相關(guān)。握力大小與認知功能之間未觀察到顯著的因果關(guān)系。在反向MR分析中，認知表現(xiàn)與步行速度、ALM呈正相關(guān)，而與握力大小之間無顯著因果關(guān)系。認知功能與步行速度呈正相關(guān)，而與握力大小和ALM無顯著因果關(guān)系。結(jié)論"肌肉減少癥可增加認知障礙疾病發(fā)生的風(fēng)險，ALM和認知表現(xiàn)存在雙向因果關(guān)系。

[關(guān)鍵詞]"孟德爾隨機化；肌肉減少癥；認知障礙；認知表現(xiàn)；遺傳變異

[中圖分類號]"R685.5""""""[文獻標識碼]"A""""""[DOI]"10.3969/j.issn.1673-9701.2024.36.013

Study"on"the"causal"relationship"between"sarcopenia"and"cognitive"impairment"by"using"two-sample"Mendelian"randomization

BI"Yujie1，2，"YANG"Yuxin1，"LIU"Leshi1，"MA"Dujun1，2，"ZHAO"Jing1，"ZHONG"Qiuhui1，"ZHU"Houjun1

1.The"Fourth"Clinical"Medical"College"of"Guangzhou"University"of"Chinese"Medicine，"Shenzhen"518033，"Guangdong，"China;"2.Department"of"Orthopedics，"Shenzhen"Traditional"Chinese"Medicine"Hospital，"Shenzhen"518033，"Guangdong，"China

[Abstract]"Objective"To"explore"the"causal"relationship"between"sarcopenia"and"cognitive"impairment"by"using"a"two-sample"Mendelian"randomization"（MR）"study"design."Methods"Hand"grip"strength，"usual"walking"pace，"and"appendicular"lean"mass"（ALM）"were"identified"as"the"primary"exposure"factors"for"sarcopenia，"while"cognitive"function"and"cognitive"performance"associated"with"cognitive"impairment"were"considered"as"the"outcome."The"MR"statistical"method"was"applied"to"examine"the"causal"associations"between"both"variables."Results"The"analysis"revealed"a"positive"correlation"between"sarcopenia，"as"indicated"by"hand"grip"strength，"usual"walking"pace"and"ALM，"and"cognitive"performance."Usual"walking"pace"and"ALM"were"positively"associated"with"cognitive"function."No"significant"causal"relationship"was"detected"between"hand"grip"strength"and"cognitive"function."In"the"reverse"MR"analysis，"cognitive"performance"showed"a"positive"correlation"with"usual"walking"pace"and"ALM，"but"no"significant"causal"link"was"found"with"hand"grip"strength."Cognitive"function"was"positively"related"to"usual"walking"pace，"but"no"significant"associations"were"observed"with"hand"grip"strength"and"ALM."Conclusion"Sarcopenia"is"associated"with"an"increased"risk"of"cognitive"impairment，"and"a"bidirectional"causal"relationship"appears"to"exist"between"ALM"and"cognitive"performance.

[Key"words]"Mendelian"randomization;"Sarcopenia;"Cognitive"impairment;"Cognitive"performance;"Heritable"variation

肌肉減少癥是一種以肌肉質(zhì)量、力量、身體功能減退為特征的骨骼肌系統(tǒng)疾病，其發(fā)病風(fēng)險與年齡的增長呈正相關(guān)，是全世界老年人正在面臨的嚴重公共衛(wèi)生問題。研究發(fā)現(xiàn)在年齡gt;60歲的患者中肌肉減少癥患病率為10%～27%，重度肌肉減少癥的患病率為2%～9%[1]。這導(dǎo)致老年人跌倒風(fēng)險的增加，住院時間延長，進而增大老年人壽命縮短的風(fēng)險[2]。與此同時，認知障礙發(fā)生風(fēng)險隨著年齡的增長而增加，研究表明認知障礙影響15.1%的≥80歲人群和35.7%的≥90歲人群[3]?；仡櫻芯堪l(fā)現(xiàn)認知障礙和肌肉減少癥互相影響，肌肉減少癥可導(dǎo)致血管穩(wěn)態(tài)不良，引發(fā)認知障礙疾病的發(fā)生[4]。部分研究表明認知障礙可在一定程度上預(yù)測老年人肌肉減少癥的發(fā)生概率。然而，一些研究表明肌肉減少癥和認知障礙之間沒有顯著關(guān)聯(lián)[5]。這些矛盾性的結(jié)果很難推斷出肌肉減少癥和認知障礙之間的因果關(guān)系，尤其是既往的研究存在一些受研究設(shè)計、種族差異和混雜因素的影響[6]。孟德爾隨機化（Mendelian"randomization，MR）研究是一種利用遺傳變異單核苷酸多態(tài)性（single"nucleotide"polymorphism，SNP）作為工具變量的方法，通過自然隨機分配的遺傳變異規(guī)避混雜因素的影響，提供一種更為精確和可靠的因果推斷手段。本研究使用可公開獲取的全基因組關(guān)聯(lián)研究（genome-wide"association"study，GWAS）數(shù)據(jù)集，探討肌肉減少癥與認知障礙間潛在的因果關(guān)系，以期為兩者發(fā)展之間的關(guān)系提供相關(guān)的研究指導(dǎo)。

1""材料與方法

1.1""研究設(shè)計

孟德爾隨機化分析需要滿足以下3個假設(shè)以確保研究結(jié)果的準確性和可靠性：首先，選擇的工具變量SNP與暴露因素之間存在強關(guān)聯(lián)（Plt;5×10–8和統(tǒng)計量Fgt;10）；其次，SNP與其他混雜因素?zé)o關(guān)；最后，工具變量僅通過暴露因素對結(jié)局產(chǎn)生影響[7-8]。本研究所使用的工具變量SNP在Phenoscanner數(shù)據(jù)庫中進行查詢，確定篩選出的工具變量與已知的混雜因素?zé)o關(guān)。在MR分析中第一步使用認知障礙作為暴露因素對作為結(jié)局的肌肉減少癥相關(guān)性進行孟德爾隨機化因果分析；第二步則相反。研究設(shè)計流程見圖1。

1.2""數(shù)據(jù)來源

將肌肉減少癥的3個主要表現(xiàn)握力、步行速度、四肢肌肉質(zhì)量（appendicular"lean"mass，ALM）分別定義為暴露因素，將認知障礙的認知功能和認知表現(xiàn)作為研究的結(jié)局疾病[9-10]。兩者相關(guān)特征GWAS匯總數(shù)據(jù)來自IEU"OpenGWAS數(shù)據(jù)庫，詳細特征信息見表1。研究數(shù)據(jù)均為已發(fā)表的公開數(shù)據(jù)，無須進行額外的倫理批準。

1.3""遺傳工具變量的選擇

本研究通過嚴格的質(zhì)量控制篩選合格的SNP作為暴露工具變量，以保證MR分析結(jié)果的穩(wěn)健性。首先，本研究獲得與暴露相關(guān)的SNP（Plt;5×10–8），由于認知功能作為暴露因素時的SNP只有3個，為確保研究更具有臨床觀察效果，采用Plt;5×10–6條件獲取SNP。其次，以（r2lt;0.001，聚集距離=10"000kb），以消除所包含的工具變量之間的連續(xù)不平衡。第三，選擇Fgt;10的SNP作為工具變量滿足與暴露的強相關(guān)性[11]。

1.4""MR分析

采用逆方差加權(quán)（inverse"variance"weighted，IVW）方法作為主要的統(tǒng)計學(xué)方法，以MR-Egger、加權(quán)中位數(shù)法、簡單模式、加權(quán)模式作為補充評估肌肉減少癥與認知障礙之間的雙向因果關(guān)系[12-13]。使用MR-PRESSO方法評估工具變量的多效性，識別并移除異常值SNP。本研究采用Bonferroni校正方法矯正P值[P=0.05/（2×3）=0.008]，即Plt;0.008為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。此外，本研究還進行反向MR分析，探究認知障礙是否對肌肉減少癥具有因果關(guān)系。

1.5""敏感度分析

為檢驗結(jié)果的穩(wěn)健性，本研究執(zhí)行多項敏感度分析。首先，通過Cochran’s"Q統(tǒng)計量評估工具變量之間的異質(zhì)性。Plt;0.05則表明存在異質(zhì)性[14]。使用MR-Egger截距測試評估水平多效性。使用留一法分析確保研究結(jié)果的穩(wěn)健性[15]。

2""結(jié)果

2.1""工具變量

本研究中共篩選出176個與握力顯著相關(guān)的SNP、57個與步行速度顯著相關(guān)的SNP、690個與ALM顯著相關(guān)的SNP、147個與認知表現(xiàn)顯著相關(guān)的SNP及31個與認知功能顯著相關(guān)的SNP。

2.2""肌肉減少癥相關(guān)特征與認知障礙的因果關(guān)系

IVW分析結(jié)果表明，握力大小與認知表現(xiàn)之間存在正相關(guān)關(guān)系（OR=1.16，95%CI：1.08～1.24，P=2.21×10–5）。步行速度與認知表現(xiàn)狀態(tài)呈正相關(guān)（OR=1.87，95%CI：1.53～2.27，P=6.37×10–10）。步行速度與認知功能也呈顯著正相關(guān)（OR=3.02，95%CI：2.01～4.53，P=1.00×10–7）。ALM與認知表現(xiàn)狀態(tài)（OR=1.08，95%CI：1.06～1.10，P=6.26×10–17）和認知功能（OR=1.10，95%CI：1.05～1.15，P=8.33×10–5）均顯示出正相關(guān)性。然而，握力大小與認知功能之間并未觀察到顯著的因果關(guān)系（OR=1.20，95%CI：1.00～1.43，P=0.046）。MR-Egger、加權(quán)中位數(shù)法、簡單模式和加權(quán)模式的分析結(jié)果在方向上均與IVW分析一致。見圖2。敏感度分析結(jié)果未表現(xiàn)出工具變量的水平多效性，見表2。留一法結(jié)果未見離群值。

2.3""認知障礙相關(guān)特征與肌肉減少癥的因果關(guān)系

IVW分析結(jié)果顯示，認知表現(xiàn)狀態(tài)與步行速度呈正相關(guān)（OR=1.10，95%CI：1.08～1.12，P=7.42×10–25），認知表現(xiàn)狀態(tài)與ALM呈正相關(guān)（OR=1.12，95%CI：1.08～1.15，P=1.52×10–11），認知表現(xiàn)狀態(tài)與握力大小無顯著因果關(guān)系（OR=1.02，95%CI：0.99～1.04，P=1.36×10–1）。根據(jù)敏感度分析認知功能相關(guān)工具變量存在異質(zhì)性，因此固定效應(yīng)模型檢驗。根據(jù)IVW分析結(jié)果顯示，認知功能與步行速度呈正相關(guān)（OR=1.02，95%CI：1.01～1.03，P=1.06×10–4），認知功能與握力大小無顯著因果關(guān)系（OR=1.01，95%CI：0.99～1.02，P=2.44×10–1），認知功能與ALM無顯著因果關(guān)系（OR=1.02，95%CI：1.00～1.04，P=4.80×10–2），見圖3。在認知功能與ALM的加權(quán)模式分析中與其他4種結(jié)果方向不一致，但此結(jié)果不影響IVW結(jié)局。其統(tǒng)計學(xué)方法結(jié)果方向均與IVW方向一致。敏感度分析結(jié)果顯示，所選擇暴露因素工具變量未表現(xiàn)出水平多效性，見表3。留一法結(jié)果表明，未見明顯離群值。

3""討論

肌肉減少癥與認知障礙是老年人中常見疾病，本研究結(jié)果為肌肉減少癥與認知障礙存在著較強的因果關(guān)系提供新的證據(jù)。在既往縱向研究中，患有肌肉減少癥的老年人的認知評分低于非肌肉減少癥患者，兩者之間存在相互影響的關(guān)系[16]。這可能與肌肉-腦軸理論中肌肉收縮可調(diào)節(jié)肌因子的表達相關(guān)，由于骨骼肌質(zhì)量的減少，某些肌因子的分泌水平異常增加或減少，一些具有神經(jīng)保護作用的肌肉因子如腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子分泌減少，影響神經(jīng)元的生長和存活，導(dǎo)致并加劇認知障礙。異常的肌因子分泌模式可導(dǎo)致中樞神經(jīng)系統(tǒng)和外周組織之間的通信失調(diào)，對腦功能產(chǎn)生不良影響，從而導(dǎo)致認知能力下降[17]。動物實驗表明，小鼠肌肉質(zhì)量的顯著增加可緩解認知能力下降，與本研究相印證[18]。因此，在老年人群體中，通過對ALM水平的篩查，不僅可診斷老年人是否患有肌肉減少癥，而且對認知障礙疾病具有示警和預(yù)防作用。研究表明身體活動可增加腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子和胰島素樣生長因子的水平，這提供增強或維持認知狀態(tài)的能力。一項前瞻性隊列研究指出，緩慢的步行速度可減少老年人的身體活動，增加認知能力下降的風(fēng)險，而認知功能下降的老年人可通過體力活動量改善[19-20]。本研究表明握力水平與認知功能存在正相關(guān)關(guān)系，既往的研究表明握力可作為監(jiān)測認知能力下降進展的手段[21-22]。越來越多的證據(jù)表明，力量訓(xùn)練干預(yù)可改善認知功能，進而支持普通人群的肌肉力量與認知功能之間的正向關(guān)系結(jié)論[23-24]。

在反向MR研究中，步行速度和認知障礙存在雙向因果關(guān)系，ALM和認知表現(xiàn)存在正向因果關(guān)系，考慮這可能是因為步行速度慢是認知障礙最敏感的指標，也是一種肌肉減少癥特征表現(xiàn)。一項橫斷面研究指出與認知功能正常者相比，患有認知障礙的老年人的肌肉減少癥發(fā)生率顯著更高[25]。系統(tǒng)回顧研究中指出認知障礙是導(dǎo)致肌肉減少癥發(fā)展的獨立因素，但認知障礙導(dǎo)致肌肉減少癥相關(guān)的具體機制尚未得到充分說明。

本研究使用雙向MR探索肌肉減少癥認知障礙的雙向因果關(guān)系，一定程度可避免混雜因素、反向因果關(guān)系影響。敏感度分析確保結(jié)果的穩(wěn)健，使肌肉減少癥和認知障礙之間因果關(guān)系的推斷更可靠。然而本研究仍存在不足。首先，本分析中納入的人群為歐洲人群，這可能忽視其他種族特有生活方式，無法直接從其他種族中得出相應(yīng)結(jié)論。其次，雖然肌肉減少癥和認知障礙之間的因果關(guān)系在一定程度上得到證實，但這種方法并不能完全概括臨床試驗，需要在未來的試驗中進一步評估。

研究結(jié)果表明肌肉減少癥可導(dǎo)致認知障礙疾病發(fā)生的風(fēng)險增高，ALM和認知表現(xiàn)存在雙向因果關(guān)系。因此對老年人進行肌肉減少癥篩查對認知障礙的預(yù)防是合理的，適當(dāng)?shù)恼J知訓(xùn)練結(jié)合阻力訓(xùn)練對肌肉減少癥和認知障礙的恢復(fù)和預(yù)防均有幫助。

利益沖突：所有作者均聲明不存在利益沖突。

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（收稿日期：2024–09–23）

（修回日期：2024–12–13）