基于遺傳基因預測免疫細胞與骨髓炎的因果關(guān)系

[摘要]"目的"利用孟德爾隨機化方法預測免疫細胞與骨髓炎（osteomyelitis，OM）的因果關(guān)系。方法"從英國生物樣本庫、大規(guī)模全基因組關(guān)聯(lián)分析獲取731個免疫細胞與OM的數(shù)據(jù)集。采用逆方差加權(quán)法、加權(quán)中位數(shù)法和MR-Egger法分別依次驗證731個免疫細胞與OM的因果關(guān)系，并運用Cochra’s"Q檢驗、MR-Egger截距測試、孟德爾隨機多態(tài)性殘差和離群值、"留一法評價結(jié)果的穩(wěn)定性和可靠性。結(jié)果"共21個免疫細胞與OM存在因果關(guān)系（Plt;0.05），其中T調(diào)節(jié)細胞、經(jīng)典樹突狀細胞、B細胞與OM因果關(guān)系更穩(wěn)定（Plt;0.01），且T調(diào)節(jié)細胞（OR=0.925，β=–0.078）是降低OM風險的保護因素。經(jīng)典樹突狀細胞（OR=1.084，β=0.081）及B細胞（OR=1.063，β=0.061）是OM風險增加的危險因素。結(jié)論"21個免疫細胞在遺傳上與OM風險具有相關(guān)性。

[關(guān)鍵詞]"免疫細胞；骨髓炎；孟德爾隨機化；T調(diào)節(jié)細胞；經(jīng)典樹突狀細胞；B細胞

[中圖分類號]"R593.22""""""[文獻標識碼]"A""""""[DOI]"10.3969/j.issn.1673-9701.2024.24.015

Causal"relationship"between"immune"cells"and"osteomyelitis"through"genetic"prediction

YI"Ying1，"ZHU"Yun2，"ZHU"Hanshuang3，"QIAN"Ai3，"WANG"Jiangchao1，"PENG"Jialong3

1.Ear，"Nose"and"Throat"Department，"the"Second"People’s"Hospitalnbsp;of"China"Three"Gorges"University，"the"Second"People’s"Hospital"of"Yichang，"Yichang"443000，"Hubei，"China;"2.Graduate"College，"Hunan"University"of"Chinese"Medicine，"Changsha"410208，"Hunan，"China;"3.Rehabilitation"Medicine"Department，"the"Second"People’s"Hospital"of"China"Three"Gorges"University，"the"Second"People’s"Hospital"of"Yichang，"Yichang"443000，"Hubei，"China

[Abstract]"Objective"To"predict"the"causal"relationship"between"immune"cells"and"osteomyelitis"（OM）"by"using"Mendelian"randomization."Methods"Data"sets"of"731"immune"cells"and"osteomyelitis"were"obtained"from"the"UK"Biobank"and"the"genome"wide"association"study."The"inverse"variance"weighted"method，"weighted"median"method，"and"MR-Egger"method"were"employed"sequentially"to"verify"the"causal"relationship"between"the"731nbsp;immune"cells"and"osteomyelitis."Cochran’s"Q"test，"MR-Egger"intercept"test，"mendelian"randomization"pleiotropy"residual"sum"and"outlier"（MR-PRESSO），"and"leave-one-out"analysis"were"evaluatede"the"stability"and"reliability"of"the"results."Results"A"total"of"21"immune"cells"were"found"to"have"a"causal"relationship"with"osteomyelitis"（Plt;0.05）."Among"them，"T"regulatory"cells，"classical"dendritic"cells"and"B"cells"were"exhibited"more"stable"causal"relationships"with"osteomyelitis"（Plt;0.01）."Specifically，"T"regulatory"cells"（OR=0.925，"β=–0.078）"were"identified"as"protective"factors"reducing"the"risk"of"osteomyelitis，"while"classical"dendritic"cells"（OR=1.084，"β=0.081）"and"B"cells"（OR=1.063，"β=0.061）"were"identified"as"risk"factors"increasing"the"risk"of"osteomyelitis."Conclusion"Twenty-one"immune"cells"are"genetically"associated"with"the"risk"of"osteomyelitis.

[Key"words]"Immune"cells;"Osteomyelitis;"Mendelian"randomization;"T"regulatory"cells;"Classical"dendritic"cells;"B"cells

骨髓炎（osteomyelitis，OM）是一種由細菌、真菌等微生物引起的持續(xù)骨破壞的炎癥過程，是骨科領(lǐng)域的頑固性感染之一[1]。據(jù)世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計，每年有數(shù)百萬人受OM的影響，免疫系統(tǒng)功能受損的患者更易患此病[2]。不同地區(qū)和人群的OM發(fā)病率存在顯著差異，這與環(huán)境、社會經(jīng)濟因素及個體免疫狀態(tài)等多種因素相關(guān)[3]。此外，免疫系統(tǒng)功能障礙、糖尿病、長期靜脈內(nèi)置管、外傷或手術(shù)史、長期應(yīng)用激素類藥物等也增加個體感染病原體并發(fā)生OM的風險[4]。

免疫細胞從多個方面參與OM的發(fā)展過程，包括初期感染控制、炎癥調(diào)節(jié)和后期組織修復。首先，免疫細胞是機體對抗感染的第一道防線。在OM中，當細菌侵入骨髓或鄰近的骨骼組織時，免疫細胞迅速聚集至感染部位，通過吞噬和殺滅細菌，清除病原體，防止感染的進一步擴散[5]。其次，在感染發(fā)生后，免疫細胞釋放多種細胞因子和化學介質(zhì)，引發(fā)炎癥反應(yīng)，限制感染擴散。然而，過度激活的炎癥反應(yīng)可能導致組織損傷。在這一過程中，T細胞和其他調(diào)節(jié)性免疫細胞調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)的強度和持續(xù)時間[6]。最后，免疫細胞還參與OM后期的組織修復過程，參與調(diào)節(jié)新血管生成和骨骼再生，促進受損組織修復[7]。綜上，免疫細胞在調(diào)控感染、炎癥反應(yīng)和組織修復過程中的重要作用使其成為OM研究和治療的重要對象。深入研究免疫細胞與OM之間的關(guān)系，有助于為OM的預防、診斷和治療提供新的思路和方法。

目前對OM免疫反應(yīng)的研究主要依賴于動物實驗和臨床觀察，容易受選擇性偏差、殘差混雜和反向因果的影響。孟德爾隨機化（Mendelian"randomization，MR）作為一種流行病學方法，已被廣泛用于評估暴露與疾病結(jié)果之間的潛在因果關(guān)聯(lián)[8-9]。

1""資料與方法

1.1""資料

外周血免疫表型分析數(shù)據(jù)來自GWAS"catalog數(shù)據(jù)庫。該數(shù)據(jù)庫公開提供731個免疫性狀的匯總統(tǒng)計數(shù)據(jù)，涵蓋3757名歐洲成年人，并在性別和年齡調(diào)整后，對約2200萬個單核苷酸多態(tài)性位點（single-nucleotide"polymorphisms，SNPs）進行測試[10]。為減少樣本重疊帶來的偏倚，OM"GWAS的匯總統(tǒng)計量選自UK"Biobank數(shù)據(jù)庫（GWAS編號ieu-b-4975），樣本量486"484，SNPs數(shù)量12"243"512。本研究所用數(shù)據(jù)均來自公開數(shù)據(jù)庫，無須倫理審批。

1.2""方法

利用SNPs作為工具變量（instrumental"variables，IVs）檢驗每個免疫細胞與OM的因果關(guān)系。選擇IVs時，需確保滿足3個關(guān)鍵假設(shè)[11]：①IVs與暴露（即免疫細胞性狀）存在強相關(guān)；②IVs與結(jié)局（即OM）不存在直接關(guān)系；③IVs與混雜因素不存在相關(guān)性。作為暴露的IVs應(yīng)當滿足條件：①全基因組顯著水平（Plt;1×10-5）；②去除連鎖不平衡閾值（kb=10"000、r2=0.001）。為排除弱IVs偏倚的影響，參考既往相關(guān)研究[12]中的F值計算公式，對各個IVs的F值計算，最后選擇Fgt;10的IVs進行MR分析。

1.3""統(tǒng)計學方法

采用R"4.3.3、R"studio軟件和TwoSampleMR包對數(shù)據(jù)進行分析處理。評估免疫細胞與OM的因果關(guān)系，主要采用逆方差加權(quán)法（inverse"varianc"weighting，IVW），在所有IVs都有效且不存在水平多效性的情況下，IVW法在統(tǒng)計功效方面是最有效的[13]。此外，加權(quán)中位數(shù)法（weighted"median，WM）在超過50%的SNPs有效時，可用于評估因果效應(yīng)[14]。設(shè)定Plt;0.05為該暴露與結(jié)局具有潛在因果關(guān)系；Plt;0.01為該暴露與結(jié)局因果關(guān)系更為穩(wěn)定。在敏感度分析方面，采用MR-Egger回歸法[15]和MR-PRESSO法用于評估潛在的多效性；Cochran’s"Q檢驗用于評估是否存在異質(zhì)性[16]，如果存在，則使用IVW隨機效應(yīng)模型，否則使用IVW固定效應(yīng)模型；最后，運用留一法分析評估單個SNPs對結(jié)果的敏感度[17]。本研究效應(yīng)值采用比值比（odd"ratio，OR）和95%置信區(qū)間（confidence"interval，CI）表示。

2""結(jié)果

2.1""工具變量結(jié)果

21個與OM具有因果關(guān)系的免疫細胞，其IVs數(shù)量為14～32個。F為19.57～730.97，均符合Fgt;10，說明本研究存在弱IVs偏倚的可能性較小。

2.2""免疫細胞與OM的因果關(guān)系

MR分析顯示21個免疫細胞與OM有潛在因果關(guān)系（Plt;0.05），若ORgt;1且驗證βgt;0，視為該免疫細胞是增加OM風險的危險因素；若ORlt;1且驗證βlt;0，視為該免疫細胞是降低OM風險的保護因素，見圖1。其中，T調(diào)節(jié)細胞性狀（CD127"on"CD8br）、B細胞性狀（CD27"on"sw"mem）、經(jīng)典樹突狀細胞性狀（CD62L-"plasmacytoid"DC"AC）與OM因果關(guān)系更為穩(wěn)定（Plt;0.01）。且T調(diào)節(jié)細胞（OR=0.925，β=–0.078）是降低OM風險的保護因素，經(jīng)典樹突狀細胞（OR=1.084，β=0.081）及B細胞（OR=1.063，β=0.061）是增加OM風險的危險因素。T調(diào)節(jié)細胞性狀散點圖顯示多種檢驗方法結(jié)果基本一致，見圖2。此外，反向MR分析，OM與21個免疫細胞均無因果關(guān)聯(lián)（Pgt;0.05）。

2.3""敏感度分析

Cochran’s"Q檢驗顯示T調(diào)節(jié)細胞性狀與OM的因果關(guān)系不存在異質(zhì)性（Pgt;0.05）。MR-Egger回歸（P=0.349）、MR-PRESSO法（P=0.646）顯示因果關(guān)系不存在水平多效性。留一法顯示因果關(guān)系在逐個剔除SNPs后結(jié)果穩(wěn)定，見圖3。

3""討論

OM形成過程中樹突狀細胞與其他免疫細胞（如T細胞）之間的相互作用至關(guān)重要，這些作用在維持免疫系統(tǒng)平衡和應(yīng)對炎癥反應(yīng)中起著關(guān)鍵作用[18]。研究發(fā)現(xiàn)，T調(diào)節(jié)細胞的減少與OM風險呈負相關(guān)，說明T調(diào)節(jié)細胞在抑制炎癥性骨損傷中具有保護作用。T調(diào)節(jié)細胞通過調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)的強度和性質(zhì)限制炎癥反應(yīng)的規(guī)模和程度，防止組織損傷和疾病加重[19]；T調(diào)節(jié)細胞還通過調(diào)節(jié)免疫應(yīng)答的平衡，避免對正常

組織的攻擊，有助于減輕OM的惡化[20]。另外，T調(diào)節(jié)細胞參與OM后期的組織修復過程，促進新血管生成和組織再生[21]。樹突狀細胞作為抗原呈遞細胞，當細菌侵入骨髓或相鄰組織時，樹突狀細胞識別并吞噬這些致病微生物，并將其抗原呈遞給T細胞，從而激活T細胞，啟動針對感染的特異性免疫反應(yīng)[22]。此外，樹突狀細胞通過抗原呈遞和共刺激分子的表達，激活并引導其他免疫細胞參與抗菌免疫應(yīng)答，決定機體是否能夠有效應(yīng)對感染并清除病原體[23]。最后，樹突狀細胞還參與調(diào)控抗菌免疫應(yīng)答的過程[24]。它們通過影響T細胞的分化和功能，調(diào)節(jié)免疫應(yīng)答的平衡，使其更加有效地清除感染。B淋巴細胞作為產(chǎn)生抗體的關(guān)鍵細胞，在OM中被激活并開始分泌抗體，幫助機體清除感染[5]；并通過調(diào)節(jié)免疫細胞活化狀態(tài)和細胞因子產(chǎn)生參與炎癥反應(yīng)的調(diào)控，從而控制感染的發(fā)展[25]。B淋巴細胞可能通過影響免疫細胞的活化狀態(tài)和調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)，間接參與組織修復的過程[26-27]。B淋巴細胞免疫反應(yīng)可能增加對OM的易感性，這與其再次暴露于病原體時介導更快和更高抗體反應(yīng)的證據(jù)一致[28]。

本研究盡管研究揭示自身免疫細胞與OM發(fā)病風險之間的遺傳因果關(guān)系，但仍存在一些局限性。首先，數(shù)據(jù)源僅限于歐洲人群，因此需要進一步驗證在其他人群中的適用性。其次，免疫反應(yīng)受多種因素調(diào)節(jié)，細胞之間存在相互作用，其復雜性使得難以準確評估單個免疫細胞在OM形成中的具體作用；具體而言，在不同人群和不同環(huán)境背景下進行的實驗研究對于確定這些免疫細胞表型對OM發(fā)生和進展的直接影響至關(guān)重要。反向分析顯示OM本身并沒有對確定的免疫表型產(chǎn)生因果影響，這意味雖然某些表型特征的免疫細胞可能驅(qū)動OM的發(fā)展，但疾病本身并不影響免疫細胞的表型。

本研究通過兩樣本孟德爾隨機化的方法全面評估免疫細胞與OM的因果關(guān)系，這一發(fā)現(xiàn)有助于識別高危個體，提早預防并為治療提供潛在的生物標志物；鑒定出的免疫細胞性狀可能代表免疫調(diào)節(jié)治療的新治療靶點，在適當保留保護性炎癥反應(yīng)的同時控制有害炎癥，并使基于基因的治療成為可能。未來的研究應(yīng)進一步闡明免疫細胞在OM發(fā)展中的確切作用并實施更有效的干預策略。

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：2024–04–30）

（修回日期：2024–08–04）

Informatics"and"Health征稿啟事

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