東亞人群腸道菌群與肝硬化之間關(guān)聯(lián)的孟德爾隨機化研究

[摘要]"目的"利用孟德爾隨機化（Mendelian"randomization，MR）方法探究東亞人群腸道菌群與肝硬化之間的關(guān)聯(lián)。方法"從國家基因庫生命大數(shù)據(jù)平臺中獲取腸道菌群的全基因組關(guān)聯(lián)研究（genome"wide"association"study，GWAS）數(shù)據(jù)集，IEU"Open"GWAS數(shù)據(jù)庫中獲取肝硬化的GWAS數(shù)據(jù)集，以腸道菌群為暴露因素，肝硬化為結(jié)局變量，采用逆方差加權(quán)法（inverse"variance"weighted，IVW）作為主分析方法、基于約束最大似然和模型平均法（constrained"maximum"likelihood"and"model"averaging，cML-MA）為次要分析方法，驗證腸道菌群與肝硬化之間的因果關(guān)系，并通過敏感度分析、留一法分析驗證結(jié)果的穩(wěn)健性。結(jié)果"以IVW為主分析方法初步發(fā)現(xiàn)16種與肝硬化相關(guān)的腸道菌群，其中梭菌屬L2-50、馬文布蘭特菌屬、硫酸鹽還原菌屬、密螺旋體齒垢菌株、糞類桿菌屬、瘤胃菌科、血色膠菌屬、福尼斯弧菌、熱厭氧菌屬、光岡菌屬的豐度升高，可增加患者肝硬化的風險；脫硫弧菌屬、海爾氏梭菌、丙酸生產(chǎn)菌屬、阿利斯特菌屬、薩拉尼特氏類桿菌、迪克氏菌屬的豐度升高，可降低患者的肝硬化風險。而cML-MA分析結(jié)果顯示光岡菌屬、梭菌屬L2-50、馬文布蘭特菌屬、糞類桿菌屬、迪克氏菌屬有統(tǒng)計學意義，提示以上5種腸道菌群與肝硬化存在相關(guān)性。16種菌群異質(zhì)性和水平多效性顯示Pgt;0.05，無異質(zhì)性和水平多效性，且留一法分析沒有異常單核苷酸多態(tài)性。結(jié)論"本研究發(fā)現(xiàn)東亞人群中16種腸道菌群與肝硬化存在相關(guān)性，其中5種腸道菌群與肝硬化顯著相關(guān)，為預(yù)防和治療肝硬化提供新的遺傳學證據(jù)。

[關(guān)鍵詞]"孟德爾隨機化；東亞人群；腸道菌群；肝硬化；全基因組關(guān)聯(lián)研究

[中圖分類號]"R575.2""""""[文獻標識碼]"A""""[DOI]"10.3969/j.issn.1673-9701.2025.09.003

Mendelian"randomization"study"of"the"association"between"gut"microbiota"and"liver"cirrhosis"in"East"Asian"populations

GUO"Fengying1，"ZHANG"Tao2

1.The"First"Clinical"College"of"Traditional"Chinese"Medicine，"Hunan"University"of"Chinese"Medicine，"Changsha"410208，"Hunan，"China;"2.Department"of"Hepatology，"the"First"Hospital"of"Hunan"University"of"Chinese"Medicine，"Changsha"410007，"Hunan，"China

[Abstract]"Objective"To"explore"the"association"between"gut"microbiota"and"liver"cirrhosis"in"East"Asian"populations"by"using"Mendelian"randomization"（MR）"methods."Methods"Genome"wide"association"study"（GWAS）"datasets"on"gut"microbiota"were"obtained"from"National"GeneBank"Big"Data"Platform"and"GWAS"datasets"on"liver"cirrhosis"were"obtained"from"IEU"Open"GWAS"database，"by"using"gut"microbiota"as"the"exposure"factor"and"liver"cirrhosis"as"the"outcome"variable."Inverse"variance"weighted"（IVW）"method"was"adopted"as"the"main"analytical"method，"with"the"constrained"maximum"likelihood"and"model"averaging"（cML-MA）"method"as"a"secondary"analysis"method，"to"verify"the"causal"relationship"between"gut"microbiota"and"liver"cirrhosis."The"robustness"of"the"results"were"further"validated"through"sensitivity"analysis"and"leave-one-out"analysis."Results"The"primary"IVW"analysis"preliminarily"identified"16"gut"microbiotanbsp;species"associated"with"liver"cirrhosis."An"increased"abundance"of"Clostridium"L2-50，"Marvinbryantia，"Sulfate-reducing"bacteria，"Treponema"socranskii，"Coprococcus，"Ruminococcaceae，"Sanguinibacter，"Vibrio"funis，"Thermanaerovibrio，"and"Mitsuokella"was"found"to"elevate"the"risk"of"liver"cirrhosis."Conversely，"an"increased"abundance"of"Desulfovibrio，"Clostridium"hathewayi，"Propionibacterium，"Allistipes，"Bacteroides"salanitiphilus，"and"Dyella"was"associated"with"a"reduced"risk"of"liver"cirrhosis."The"cML-MA"analysis"revealed"statistical"significance"for"Mitsuokella，"Clostridium"L2-50，"Marvinbryantia，"Coprococcus，"and"Dyella，"indicating"a"strong"correlation"between"these"five"gut"microbiota"species"and"liver"cirrhosis."The"heterogeneity"and"horizontal"pleiotropy"for"16"bacterial"clusters"showed"Pgt;0.05，"suggesting"an"absence"of"heterogeneity"and"horizontal"pleiotropy，"and"the"leave-one-out"analysis"did"not"identify"any"abnormal"single"nucleotide"polymorphism."Conclusion"This"research"reveals"an"association"between"16"gut"microbiota"and"liver"cirrhosis"in"the"East"Asian"population，"with"5"of"these"gut"microbiota"demonstrating"a"significant"correlation"with"liver"cirrhosis，"and"offering"new"genetic"insights"for"the"prevention"and"treatment"of"liver"cirrhosis.

[Key"words]"Mendelian"randomization;"East"Asian"population;"Gut"microbiota;"Liver"cirrhosis;"Genome"wide"association"study

肝硬化是各種慢性肝病進展至以肝臟彌漫性纖維化、假小葉形成、肝內(nèi)外血管增殖為特征的病理階段[1]。在全球范圍內(nèi)，肝硬化是引發(fā)肝病相關(guān)死亡的重要原因之一。據(jù)統(tǒng)計，中國成年人肝硬化患病率約0.51%，全球每年因肝硬化死亡的人數(shù)約為116萬，占全球總死亡人數(shù)的2.1%，在所有疾病死因中位列第11位[2]。

自腸-肝軸理論被提出以來，關(guān)于腸道與肝臟疾病關(guān)聯(lián)的研究日益受到重視。研究表明腸道與肝臟之間存在相互影響的關(guān)系：受損的腸道可能使肝臟直接接觸到腸源性內(nèi)毒素，而肝臟生理功能的破壞則可能引發(fā)腸道功能障礙[3]。但當腸道功能發(fā)生變化時，目前尚未明確哪些腸道菌群在肝硬化中起關(guān)鍵作用及是否可基于這些信息開發(fā)用于肝臟疾病篩查和診斷的工具，這些問題仍需進一步深入研究。

孟德爾隨機化（Mendelian"randomization，MR）是一種借助遺傳變異進行因果推斷的研究方法，通過使用如單核苷酸多態(tài)性（single"nucleotide"polymorphism，SNP）等遺傳變異作為工具變量分析暴露因素與結(jié)局變量之間的因果關(guān)聯(lián)[4]。MR分析使用全基因組關(guān)聯(lián)研究（genome"wide"association"study，GWAS）的匯總統(tǒng)計數(shù)據(jù)，而不是分析個體水平的數(shù)據(jù)[5]；因此MR分析已成為探索暴露表型與結(jié)局表型因果關(guān)系的有效推斷方法。目前已有諸多研究表明歐洲人群腸道菌群可對肝臟相關(guān)疾病產(chǎn)生影響[6-9]；但遺傳學證據(jù)通常受種族影響，目前缺少東亞人群腸道菌群與肝硬化的因果推斷研究報道。本研究利用東亞人群的GWAS數(shù)據(jù)集展開MR分析，旨在探討東亞人群腸道微生物群與肝硬化之間的因果關(guān)聯(lián)，為研究如何通過調(diào)節(jié)腸道菌群改善肝硬化的發(fā)生和預(yù)后提供實驗支持和理論基礎(chǔ)。

1""資料與方法

1.1""數(shù)據(jù)來源

本研究中所使用的腸道菌群GWAS數(shù)據(jù)集來自國家基因庫生命大數(shù)據(jù)平臺數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)集包括人類基因組、腸道微生物組和血液代謝組數(shù)據(jù)。腸道菌群的研究對象為來自中國的3432名成人，對他們進行高深度的全基因組測序和腸道菌群的全宏基因組測序[10]。肝硬化的遺傳數(shù)據(jù)集來自IEU"Open"GWAS數(shù)據(jù)庫，研究對象為212"453名東亞血統(tǒng)個體，其中包括2184例陽性患者和210"269名健康對照者。本研究所使用的數(shù)據(jù)集均來自大型GWAS，數(shù)據(jù)子集均可從公開數(shù)據(jù)庫中免費獲取，因此無須再獲得額外的倫理審批。

1.2""研究設(shè)計

標準的MR研究通常需滿足三大核心假設(shè)。""①相關(guān)性假設(shè)：工具變量應(yīng)與暴露因素（腸道菌群）具有顯著的統(tǒng)計關(guān)聯(lián)；②獨立性假設(shè)：工具變量不應(yīng)與暴露和結(jié)局變量之間的任何混雜因素相關(guān)聯(lián)；③排他性假設(shè)：工具變量與結(jié)局變量無直接關(guān)聯(lián)，只能通過暴露因素（腸道菌群）對結(jié)局產(chǎn)生影響[11]。見圖1。

1.3""篩選工具變量

首先，為關(guān)聯(lián)性假設(shè)篩選顯著相關(guān)的SNP，參考既往文獻將全基因組統(tǒng)計學閾值設(shè)定為Plt;1×105[12]；其次，為避免連鎖不平衡的影響，本研究將閾值參數(shù)R2設(shè)置為0.001，SNP之間的物理距離kb設(shè)置"為10"000[13]；然后，剔除等位基因頻率lt;0.01的SNP[14]，并刪除重復的SNP和回文SNP。

1.4""統(tǒng)計學方法

本研究共采用5種MR分析方法，其中逆方差加權(quán)法（inverse"variance"weighted，IVW）為主要分析方法，基于約束最大似然和模型平均法（constrained"maximum"likelihood"and"model"averaging，cML-MA）作為次要分析方法，加權(quán)中位數(shù)法（weighted"median"estimator，WME）、MR-Egger回歸及加權(quán)模型法（weighted"mode，WM）作為補充方法。IVW不考慮截距項的存在，在保證所有SNP均為有效的工具變量前提下，提供的估計值可最精確地評估腸道菌群與肝硬化之間的因果關(guān)系，所以將IVW作為主分析方法，若Plt;0.05，則表明存在因果關(guān)系[15]。cML-MA可排除相關(guān)和不相關(guān)的多效性引起的偏差，能更好地控制Ⅰ類錯誤率，可作為次要分析方法。因此，本研究將在IVW和cML-MA法中均具有統(tǒng)計學意義的結(jié)果定義為強顯著結(jié)果[16]。為確保研究結(jié)果的可靠性與一致性，本研究篩選5種MR分析方法β值方向一致的結(jié)果。本研究同時還采用水平多效性檢驗、Cochran’s"Q異質(zhì)性檢驗及留一法進行敏感度檢驗分析。

在兩個樣本的MR分析中，使用R"4.1.2軟件中的TwoSample"MR包完成分析。文中的結(jié)果通過β值、效應(yīng)指標OR和95%CI進行表達，Plt;0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2""結(jié)果

2.1""MR分析結(jié)果

結(jié)果發(fā)現(xiàn)與肝硬化存在關(guān)聯(lián)的16種腸道菌群中，IVW結(jié)果顯示與肝硬化呈正相關(guān)的腸道菌群10種，與肝硬化呈負相關(guān)的腸道菌群6種。具體結(jié)果：梭菌屬L2-50、馬文布蘭特菌屬、硫酸鹽還原菌屬、密螺旋體齒垢菌株、糞類桿菌屬、瘤胃菌科、血色膠菌屬、福尼斯弧菌、熱厭氧菌屬、光岡菌屬的豐度升高，可增加患者肝硬化的風險；脫硫弧菌屬、海爾氏梭菌、丙酸生產(chǎn)菌屬、阿利斯特菌屬、薩拉尼特氏類桿菌、迪克氏菌屬的豐度升高，可降低患者肝硬化的風險。

在16種腸道菌群中，cML-MA結(jié)果顯示光岡菌屬、馬文布蘭特菌屬、梭菌屬L2-50、糞類桿菌屬及迪克氏菌屬與肝硬化存在顯著相關(guān)性（Plt;0.05），見圖2和表1。

2.2""敏感度分析結(jié)果

在16種與肝硬化相關(guān)的腸道菌群中，異質(zhì)性分析通過Cochran’s"Q檢驗，同時采用MR-Egger截距檢驗，兩者均Pgt;0.05，表明MR分析結(jié)果未顯示出明顯的異質(zhì)性或水平多效性，見表2。通過留一法分析單個異常SNP對MR結(jié)果穩(wěn)定性的影響，結(jié)果顯示無一SNP顯著改變因果關(guān)系的估計值，表明該MR分析結(jié)果穩(wěn)定性較高，見圖3。

3""討論

本研究在東亞人群中初步發(fā)現(xiàn)16種與肝硬化相關(guān)的腸道菌群，其中梭菌屬L2-50、馬文布蘭特菌屬、硫酸鹽還原菌屬、密螺旋體齒垢菌株、糞類桿菌屬、瘤胃菌科、血色膠菌屬、福尼斯弧菌、熱厭氧菌屬、光岡菌屬的豐度升高可增加患者肝硬化的風險；而脫硫弧菌屬、海爾氏梭菌、丙酸生產(chǎn)菌屬、阿利斯特菌屬、薩拉尼特氏類桿菌、迪克氏菌屬的豐度升高可降低患者肝硬化的風險。光岡菌屬、梭菌屬L2-50、馬文布蘭特菌屬、糞類桿菌屬4種腸道菌群均為厚壁菌門，其豐度與肝硬化有強正相關(guān)性；迪克氏菌屬于變形菌門，其豐度與肝硬化有強負相關(guān)性，這與Maslennikov等[17]的一項腸道菌群與肝纖維化的發(fā)病機制研究結(jié)果一致。

已有研究表明腸道環(huán)境的結(jié)構(gòu)和功能可能影響肝硬化結(jié)局，通過針對腸道微生物群改善腸道微環(huán)境可能是治療肝硬化的新方向[18]。肝硬化的發(fā)生機制復雜多樣，從腸道菌群的角度來看，可能通過以下幾種生物學路徑發(fā)揮作用：①腸道菌群或許借助其代謝產(chǎn)物對肝臟的健康狀況產(chǎn)生影響。短鏈脂肪酸是腸道微生物代謝的關(guān)鍵產(chǎn)物之一，可通過調(diào)控肝臟的脂質(zhì)代謝過程減少肝臟內(nèi)脂肪的堆積，進而降低肝纖維化的發(fā)生風險。此外，還具有抗炎作用，可抑制炎性細胞因子的產(chǎn)生，減少肝臟的炎癥反應(yīng)，降低肝硬化的發(fā)生風險[19]。②腸道菌群可能通過引發(fā)全身性炎癥，促進肝纖維化的進展。

A.丙酸生產(chǎn)菌屬；B.光岡菌屬；C.硫酸鹽還原菌屬；D.阿利斯特菌屬；E.脫硫弧菌屬；F.密螺旋體齒垢菌株；G.血色膠菌屬；H.梭菌屬L2-50；"""I.瘤胃菌科；J.薩拉尼特氏類桿菌；K.馬文布蘭特菌屬；L.熱厭氧菌屬；M.糞類桿菌屬；N.海爾氏梭菌；O.福尼斯弧菌；P.迪克氏菌屬

腸道菌群的失衡可引起腸道屏障功能減弱，促進內(nèi)毒素的轉(zhuǎn)移，從而引發(fā)肝臟的炎癥反應(yīng)及肝纖維化的發(fā)生[20]。③腸道菌群可通過影響腸道屏障功能，加劇肝硬化的發(fā)展。腸道屏障是防止有害物質(zhì)進入體內(nèi)的重要屏障，其功能受損可導致“腸漏”現(xiàn)象，即腸道通透性增加，導致有害物質(zhì)進入血液循環(huán)，進一步加重肝臟的炎癥和損傷。研究表明腸道菌群的失調(diào)可導致腸道屏障完整性受損，增加腸道通透性，從而促進肝硬化的進展[3]。

本研究在揭示腸道菌群與肝硬化之間的因果關(guān)系方面取得一定進展，但仍存在不足：①研究對象僅限于東亞種族。不同種族之間可能存在遺傳差異，未來有必要納入更多不同種族的人群，以驗證和擴展本研究結(jié)果的普適性。②肝硬化的發(fā)生和發(fā)展受多種因素影響，包括年齡、性別、飲食習慣和生活方式等。③因為現(xiàn)有的GWAS數(shù)據(jù)庫中缺少對個體層面數(shù)據(jù)的詳細記錄，本研究無法對不同年齡、不同性別的GWAS數(shù)據(jù)進行深入分析。未來應(yīng)改善以上不足以期獲得更精確的結(jié)論。

綜上所述，本研究在東亞人群中發(fā)現(xiàn)16種與肝硬化相關(guān)的腸道菌群，其中10種呈正相關(guān)，6種呈負相關(guān)。16種菌群中有5種與肝硬化表現(xiàn)出顯著相關(guān)性。未來的研究應(yīng)進一步探討不同腸道菌群在肝硬化各個階段的具體作用機制，并研究通過糞菌移植、飲食調(diào)控或益生菌干預(yù)等方法調(diào)節(jié)腸道菌群，從而更有效地預(yù)防和治療肝硬化。

利益沖突：所有作者均聲明不存在利益沖突。

[參考文獻]

[1] 中華醫(yī)學會肝病學分會."肝硬化診治指南[J]."現(xiàn)代醫(yī)藥衛(wèi)生，"2020，"36（2）："1–18.

[2] D’AMICO"G，"GARCIA-TSAO"G，"PAGLIARO"L."Natural"history"and"prognostic"indicators"of"survival"in"cirrhosis："A"systematic"review"of"118"studies[J]."J"Hepatol，"2006，"44（1）："217–231.

[3] CHOPYK"D"M，"GRAKOUI"A."Contribution"of"the"intestinal"microbiome"and"gut"barrier"to"hepatic"disorders[J]."Gastroenterology，"2020，"159（3）："849–863.

[4] BIRNEY"E."Mendelian"randomization[J]."Cold"Spring"Harb"Perspect"Med，"2022，"12（4）："a041302.

[5] DAVEY"SMITH"G，"HEMANI"G."Mendelian"randomization："Genetic"anchors"for"causal"inference"in"epidemiological"studies[J]."Hum"Mol"Genet，"2014，"23（R1）："89–98.

[6] YAN"C，"BAO"J，"JIN"J."Exploring"the"interplay"of"gut"microbiota，"inflammation，"and"LDL-cholesterol："A"multiomics"Mendelian"randomization"analysis"of"their"causal"relationship"in"acute"pancreatitis"and"non-alcoholic"fatty"liver"disease[J]."J"Transl"Med，nbsp;2024，"22（1）："179.

[7] LUO"X，"YOU"X."Genetic"predisposition"of"the"gastrointestinal"microbiome"and"primary"biliary"cholangitis："A"bi-directional，"two-sample"Mendelian"randomization"analysis[J]."Front"Endocrinol"（Lausanne），"2023，"14："1225742.

[8] LI"Y，"LIANG"X，"LYU"Y，"et"al."Association"between"the"gut"microbiota"and"nonalcoholic"fatty"liver"disease："A"two-sample"Mendelian"randomization"study[J]."Dig"Liver"Dis，"2023，"55（11）："1464–1471.

[9] XIAO"Q"A，"YANG"Y"F，"CHEN"L，"et"al."The"causality"between"gut"microbiome"and"liver"cirrhosis："A"bi-directional"two-sample"Mendelian"randomization"analysis[J]."Front"Microbiol，"2023，"14："1256874.

[10] LIU"X，"TONG"X，"ZOU"Y，"et"al."Mendelian"randomization"analyses"support"causal"relationships"between"blood"metabolites"and"the"gut"microbiome[J]."Nat"Genet，"2022，"54（1）："52–61.

[11] 于天琦，"徐文濤，"蘇雅娜，"等."孟德爾隨機化研究基本原理、方法和局限性[J]."中國循證醫(yī)學雜志，"2021，"21（10）："1227–1234.

[12] SANNA"S，"VAN"ZUYDAM"N"R，"MAHAJAN"A，"et"al."Causal"relationships"among"the"gut"microbiome，"short-"chain"fatty"acids"and"metabolic"diseases[J]."Nat"Genet，"2019，"51（4）："600–605.

[13] LI"P，"WANG"H，"GUO"L，"et"al."Association"between"gut"microbiota"and"preeclampsia-eclampsia："A"two-sample"Mendelian"randomization"study[J]."BMC"Med，"2022，"20（1）："443.

[14] XIAO"Z，"WANG"Z，"ZHANG"T，"et"al."Bidirectional"Mendelian"randomization"analysis"of"the"genetic"association"between"primary"lung"cancer"and"colorectal"cancer[J]."J"Transl"Med，"2023，"21（1）："722.

[15] SLOB"E，"BURGESS"S."A"comparison"of"robust"Mendelian"randomization"methods"using"summary"data[J]."Genet"Epidemiol，"2020，"44（4）："313–329.

[16] XUE"H，"SHEN"X，"PANnbsp;W."Constrained"maximum"likelihood-based"Mendelian"randomization"robust"to"both"correlated"and"uncorrelated"pleiotropic"effects[J]."Am"J"Hum"Genet，"2021，"108（7）："1251–1269.

[17] MASLENNIKOV"R，"POLUEKTOVA"E，"ZOLNIKOVA"O，"et"al."Gut"microbiota"and"bacterial"translocation"in"the"pathogenesis"of"liver"fibrosis[J]."Int"J"Mol"Sci，"2023，"24（22）："16502.

[18] ALBILLOS"A，"DE"GOTTARDI"A，"RESCIGNO"M."The"gut-liver"axis"in"liver"disease："Pathophysiological"basis"for"therapy[J]."J"Hepatol，"2020，"72（3）："558–577.

[19] SHASHNI"B，"TAJIKA"Y，"IKEDA"Y，"et"al."Self-"assembling"polymer-based"short"chain"fatty"acid"prodrugs"ameliorate"non-alcoholic"steatohepatitis"and"liver"fibrosis[J]."Biomaterials，"2023，"295："122047.

[20] HAN"Y"H，"ONUFER"E"J，"HUANG"L"H，"et"al."Enterically"derived"high-density"lipoprotein"restrains"liver"injury"through"the"portal"vein[J]."Science，"2021，"373（6553）："eabe6729.

（收稿日期：2024–10–30）

（修回日期：2025–02–26）