孟德爾隨機化分析腸道微生物與乳腺癌的關(guān)系

[摘要]"目的"采用孟德爾隨機化（Mendelian"randomization，MR）方法分析腸道微生物與乳腺癌之間的關(guān)系。方法"從GWAS"catalog數(shù)據(jù)庫與MiBioGen聯(lián)盟分別下載乳腺癌與腸道微生物群的匯總數(shù)據(jù)，采用逆方差加權(quán)法（inverse"variance"weighted，IVW）作為主要的統(tǒng)計學方法，模型選擇法（MR-Egger，ME）、加權(quán)中位數(shù)法（weighted"median，WME）、加權(quán)眾數(shù)法（weighted"mode，WMO）和簡單中位數(shù)法（simple"mode，SM）作為補充方法，采用雙樣本MR探索腸道微生物菌群與乳腺癌風險間的因果關(guān)系。敏感度分析用于檢驗MR分析結(jié)果是否可靠。結(jié)果"基于IVW的結(jié)果顯示Flavonifractor（OR=1.00468，95%CI：1.00144～1.00793，P=0.005）、Barnesiella（OR=1.00271，95%CI：1.00016～1.00526，P=0.037）、Coprococcus1（OR=1.00316，95%CI：1.00034～1.00599，P=0.028）與乳腺癌呈正相關(guān)；Bacteroides（OR=0.99650，95%CI：0.99311～0.99991，P=0.0447）、ErysipelotrichaceaeUCG003（OR=0.99577，95%CI：0.99331～0.99824，P=0.044）、Ruminiclostridium9（OR=0.99684，95%CI：0.99378～0.99991，P=0.044）、Prevotella7（OR=0.99798，95%CI：0.99641～0.99956，P=0.012）與乳腺癌呈負相關(guān)。結(jié)論"通過MR分析評估腸道菌群與乳腺癌之間的因果關(guān)系，發(fā)現(xiàn)解黃酮菌屬、巴恩斯氏菌屬和糞球菌屬是乳腺癌的危險因素，而擬桿菌屬、丹毒絲菌科、瘤胃梭菌屬及普雷沃氏菌屬是乳腺癌的保護因素。

[關(guān)鍵詞]"乳腺癌；腸道微生物；孟德爾隨機化

[中圖分類號]"R737.9""""""[文獻標識碼]"A""""""[DOI]"10.3969/j.issn.1673-9701.2025.15.007

Mendelian"randomization"analysis"of"the"relationship"between"gut"microbiota"and"breast"cancer

GUO"Xin

Department"of"Breast"Surgery，"Huaihe"Hospital"of"Henan"University，"Kaifeng"475000，"Henan，"China

[Abstract]"Objective"To"analyze"the"relationship"between"gut"microbiota"and"breast"cancer"based"on"Mendelian"randomization"（MR）."Methods"The"summary"data"of"breast"cancer"and"gut"microbiota"were"downloaded"from"the"GWAS"catalog"database"and"MiBioGen"alliance，"and"inverse"variance"weighted"（IVW）"method"was"taken"as"the"main"statistical"method，"and"MR-Egger"（ME），"weighted"median"（WME），"weighted"mode"（WMO），"and"simple"mode"（SM）"were"taken"as"supplementary"methods."MR"analysis"was"used"to"explore"the"causal"relationship"between"gut"microbiota"and"breast"cancer"risk."Sensitivity"analysis"was"used"to"test"whether"the"results"of"MR"were"reliable."Results"The"results"based"on"IVW"showed"that"Flavonifractor"（OR=1.00468，"95%CI："1.00144-1.00793，"P=0.005），"Barnesiella"（OR=1.00271，"95%CI："1.00016-1.00526，"P=0.037），"Coprococcus1"（OR=1.00316，"95%CI："1.00034-1.00599，"P=0.028）"were"positively"correlated"with"breast"cancer."Bacteroides"（OR=0.99650，"95%CI："0.99311-0.99991，"P=0.0447），"ErysipelotrichaceaeUCG003"（OR=0.99577，"95%CI："0.99331-0.99824，"P=0.044）."Ruminiclostridium9"（OR=0.99684"95%CI："0.99378-0.99991，"P=0.044），"Prevotella7"（OR=0.99798，"95%CI："0.99641-0.99956，"P=0.012）"were"negatively"associated"with"breast"cancer."Conclusion"The"causal"relationship"between"gut"microbiota"and"breast"cancer"was"evaluated"by"MR"analysis，"and"found"that"Flavonifractor，"Barnesia，"and"Coprococcus"were"risk"factors"for"breast"cancer，"but"Bacteroides，"Erysipelothriaceae，"Ruminiclostridium"and"Prevotella"were"protective"factors"for"breast"cancer.

[Key"words]"Breast"cancer;"Gut"microbiota;"Mendelian"randomization

乳腺癌是女性確診最多的惡性腫瘤之一，2020年全球新發(fā)病例約230萬例，占所有癌癥發(fā)病率的11.7%；據(jù)國際癌癥研究機構(gòu)估計，到2040年乳腺癌新發(fā)病例將增加至300多萬例[1]。目前，乳腺癌的病因尚未明確，可能與多種因素有關(guān)，如遺傳因素、激素水平、環(huán)境因素、生活方式等。近年來，隨著測序技術(shù)的發(fā)展，越來越多的研究關(guān)注腸道微生物群與疾病之間的關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)腸道微生物群可調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)、釋放代謝物和調(diào)節(jié)雌激素水平，從而影響乳腺癌的發(fā)生發(fā)展[2-3]。如細菌代謝物丁酸酯可減少乳腺癌的發(fā)生[4]；Prevotella"copri可促進乳腺癌的進展[5]。因此，了解腸道微生物群與乳腺癌的關(guān)系可能有助于了解乳腺癌的發(fā)病機制。

孟德爾隨機化（Mendelian"randomization，MR）是一種利用遺傳變異作為工具變量推斷暴露因素與結(jié)局關(guān)系的常用流行病學方法。本研究腸道微生物群相關(guān)數(shù)據(jù)來自MiBioGen數(shù)據(jù)庫，乳腺癌匯總統(tǒng)計數(shù)據(jù)下載于GWAS"catalog，進行兩樣本MR分析，探討腸道微生物群與乳腺癌的因果關(guān)系。

1""資料與方法

1.1""數(shù)據(jù)來源

腸道微生物群GWAS數(shù)據(jù)從MiBioGen聯(lián)盟獲得，包括全基因組基因分型數(shù)據(jù)和來自24個隊列的16S糞便微生物群圖譜，共納入18"340個個體、211個類群（131屬、35科、20目、16類和9門）。

乳腺癌GWAS匯總統(tǒng)計數(shù)據(jù)來源于UKBiobank，下載于2024年8月，總樣本量462"933例，其中包括病例10"303例和對照組452"630例。單核苷酸多態(tài)性（single"nucleotide"polymorphism，SNP）數(shù)量為9"851"867個。

1.2""數(shù)據(jù)篩選

本研究分別篩選221種腸道微生物，用Plt;1.0×10-5作為篩選標準，與大多數(shù)腸道微生物研究文獻一致。基于歐洲基因組樣本數(shù)據(jù)進行連鎖不平衡分析，在分析過程中，具有回文結(jié)構(gòu)的SNP被自動刪除，運行參數(shù)設(shè)置為r2lt;0.001，設(shè)定區(qū)域?qū)挾葹閗b=10"000，剔除高度相關(guān)的SNP，確保所選的SNP之間相互獨立。計算SNP的效應(yīng)位點頻率和F檢驗值，并過濾掉Flt;10的弱工具變量。

1.3""MR分析

評估暴露與結(jié)局的主要方法是逆方差加權(quán)法（inverse"variance"weighted，IVW），模型選擇法（MR-Egger，ME）、加權(quán)中位數(shù)法（weighted"median，WME）、加權(quán)眾數(shù)法（weighted"mode，WMO）和簡單中位數(shù)法（simple"mode，SM）作為補充方法。

1.4""敏感度分析

敏感度包括異質(zhì)性檢驗、水平多效性檢驗、留一法檢驗。Cochran’Q檢驗判斷MR分析結(jié)果的異質(zhì)性；水平多效性通過MR-Egger截距進行檢驗；采用留一法分析評估因果關(guān)系是否由單個SNP決定以驗證結(jié)果是否穩(wěn)??；采用孟德爾隨機化多效性殘差和離群值（Mendelian"randomization"pleiotropy"residual"sum"and"outlier，MR-PRESSO）檢測是否存在離群值。

1.5""統(tǒng)計學方法

采用R"4.4.1"統(tǒng)計學軟件對數(shù)據(jù)進行處理分析。人體腸道菌群與乳腺癌的因果關(guān)系以優(yōu)勢比（odds"radio，OR）及其95%CI表示。ORgt;1表明暴露和結(jié)局為正相關(guān)關(guān)系，ORlt;1表明暴露和結(jié)局為負相關(guān)關(guān)系，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

首先根據(jù)Plt;1×10-5及連鎖不平衡分析的閾值對221個腸道微生物的SNP進行初步篩選。隨后，通過ME、WME、IVW、SM、WMO方法，并以IVW方法為主作為篩選標準，鑒定到7個與乳腺癌相關(guān)的腸道微生物，分別為Flavonifractor、Bacteroides、ErysipelotrichaceaeUCG003、Barnesiella、Rumini-"clostridium9、Prevotella7、Coprococcus1。具體ME、WME、IVW、SM、WMO檢驗結(jié)果見表1。盡管除IVW法外的4種方法基本上差異無統(tǒng)計學意義，但散點圖顯示不同方法分析7種微生物和乳腺癌之間的相關(guān)性均為正相關(guān)，且趨勢基本一致，見圖1。

2.2""質(zhì)量控制

為進一步檢驗研究結(jié)果的準確性和穩(wěn)定性，使用異質(zhì)性檢驗、水平多效性檢驗、留一法檢驗其穩(wěn)健性和可靠性。Cochrane’s"Q異質(zhì)性檢驗Pgt;0.05，即不存在異質(zhì)性。MR-Egger截距檢測未檢測到多效性（Pgt;0.05），見表2。MR-PRESSO分析結(jié)果Pgt;0.05，顯示不存在離群值，進一步驗證結(jié)果的可靠性。留一法分析，當逐個去除SNP時，剩余SNP的合并效應(yīng)與總效應(yīng)之間無實質(zhì)性差異，見圖2。

3""討論

本文通過MR方法分析腸道微生物群與乳腺癌的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)Flavonifractor、Barnesiella、Coprococcus1、Bacteroides、ErysipelotrichaceaeUCG003、Rumini-"clostridium9、Prevotella7與乳腺癌相關(guān)。

Flavonifractor屬于解黃酮菌屬。文獻調(diào)研發(fā)現(xiàn)Flavonifractor與肝癌和結(jié)直腸癌等疾病有一定關(guān)聯(lián)[6-7]。在結(jié)直腸癌患者中Flavonifractor通過兒茶酚裂解途徑可增加類黃酮代謝物和4–羥基苯基代謝物，這些代謝物是與癌癥風險增加相關(guān)的潛在生物標志物[8]。雖然尚未報道Flavonifractor與乳腺癌有一定的相互關(guān)系，但MR分析結(jié)果顯示Flavonifractor與乳腺癌呈正相關(guān)，這也提示Flavonifractor可能是導(dǎo)致乳腺癌的危險因素之一。

Barnesiella屬于巴恩斯氏菌屬。Barnesiella可促進Tc1和Th1細胞免疫應(yīng)答，并可恢復(fù)腫瘤內(nèi)產(chǎn)生干擾素（interferon，IFN）-γ，同時調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)性T細胞亞群，從而影響免疫調(diào)節(jié)[9]。IFN-γ可激活酪氨酸蛋白激酶/信號轉(zhuǎn)導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活子信號通路，誘導(dǎo)一氧化氮及炎癥因子的產(chǎn)生，引起機體炎癥反應(yīng)、血液系統(tǒng)惡性腫瘤等[10-11]。MR分析結(jié)果顯示Barnesiella與乳腺癌呈正相關(guān)，Barnesiella可通過影響機體的炎癥反應(yīng)、改變炎癥因子的水平影響乳腺癌的發(fā)生發(fā)展。

Coprococcus1屬于糞球菌屬。糞球菌屬在免疫應(yīng)答中發(fā)揮至關(guān)重要的作用，與免疫系統(tǒng)異常反應(yīng)引發(fā)的疾病相關(guān)[12]。MR分析結(jié)果顯示Coprococcus1與乳腺癌呈正相關(guān)，可能是Coprococcus1影響免疫應(yīng)答從而影響乳腺癌的發(fā)生發(fā)展。

Bacteroides屬于擬桿菌屬。擬桿菌屬是人體腸道內(nèi)第二大優(yōu)勢菌群，參與多糖代謝、膽汁酸、類固醇代謝等諸多功能[13]。研究發(fā)現(xiàn)擬桿菌屬與多種癌癥有關(guān)，如乳腺癌、宮頸癌、卵巢癌等[14]。文獻報道乳腺癌患者的糞便中擬桿菌屬明顯低于健康者[15]。擬桿菌可調(diào)節(jié)無菌小鼠的Th1/Th2淋巴細胞的平衡，恢復(fù)CD4+T淋巴細胞的正常水平[16]。MR分析結(jié)果顯示Coprococcus1與乳腺癌呈負相關(guān)，提示擬桿菌屬可能通過免疫調(diào)節(jié)影響乳腺癌的發(fā)生發(fā)展。

ErysipelotrichaceaeUCG003屬于丹毒絲菌科。ErysipelotrichaceaeUCG003是產(chǎn)生短鏈脂肪酸的細菌之一，短鏈脂肪酸可調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)和癌細胞的增殖，從而維持腸道菌群平衡，同時具有多種抗癌功能[17-18]。ErysipelotrichaceaeUCG003與甘油磷脂代謝呈負相關(guān)，這種負相關(guān)關(guān)系可能是體內(nèi)調(diào)節(jié)代謝和調(diào)節(jié)腫瘤發(fā)展的途徑之一[19]。MR分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)ErysipelotrichaceaeUCG003與乳腺癌呈負相關(guān)，說明對乳腺癌具有保護作用，其可能通過影響短鏈脂肪酸的產(chǎn)生進而抑制乳腺癌的發(fā)展。

Ruminiclostridium9屬于瘤胃梭菌屬。瘤胃梭菌屬與多種癌癥有關(guān)，包括胰腺癌、食管癌、宮頸癌等[20-21]。Goedert等[22]發(fā)現(xiàn)乳腺癌患者中瘤胃球菌屬發(fā)生顯著改變。機制研究發(fā)現(xiàn)Ruminiclostridium9在小鼠中具有調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝、減少炎癥、增強腸道屏障功能[23]。Ruminiclostridium9還可產(chǎn)生短鏈脂肪酸，維持腸道內(nèi)穩(wěn)態(tài)[24]。MR分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)Ruminiclostridium9與乳腺癌呈負相關(guān)，Rumini-"clostridium9可能通過減少炎癥、調(diào)節(jié)短鏈脂肪酸影響乳腺癌。

Prevotella7屬于普雷沃氏菌屬。普雷沃氏菌屬也可產(chǎn)生短鏈脂肪酸，通過調(diào)節(jié)局部和系統(tǒng)性免疫反應(yīng)影響腫瘤微環(huán)境[25]。普雷沃氏菌屬可影響雌激素的代謝，改變體內(nèi)雌激素水平[26]。雌激素是乳腺癌的重要風險因素之一，微生物群的這種調(diào)節(jié)可間接影響乳腺癌的發(fā)生風險。MR分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)Prevotella7與乳腺癌呈負相關(guān)，Prevotella7可能影響雌激素的代謝進而影響乳腺癌的發(fā)生發(fā)展。

本研究存在一定局限性：入組人群僅為歐洲人群；乳腺癌分為多個亞型，數(shù)據(jù)庫中并未對多個亞型進行分類；腸道微生物個體差異較大，這為研究腸道菌群分析增加難度。

綜上，通過MR分析發(fā)現(xiàn)解黃酮菌屬、巴恩斯氏菌屬和糞球菌屬是乳腺癌的危險因素。擬桿菌屬、丹毒絲菌科、瘤胃梭菌屬及普雷沃氏菌屬是乳腺癌的保護因素，可能通過影響腸道中的免疫反應(yīng)、短鏈脂肪酸的含量、雌激素水平發(fā)揮作用。本研究為腸道菌群在乳腺癌的發(fā)病過程中提供新視角，未來是否可從腸道微生物角度改善乳腺癌的發(fā)生發(fā)展及預(yù)后值得關(guān)注。

利益沖突：作者聲明不存在利益沖突。

[參考文獻]

[1] SUNG"H，"FERLAY"J，"SIEGEL"R"L，"et"al."Global"cancer"statistics"2020："GLOBOCAN"estimates"of"incidence"and"mortality"worldwide"for"36"cancers"in"185"countries[J]."CA"Cancer"J"Clin，"2021，"71（3）："209–249.

[2] BERNARDO"G，"LE"N"V，"DI"M"M，"et"al."The"emerging"role"of"the"microbiota"in"breast"cancer"progression[J]."Cells，"2023，"12（15）："1945–1958.

[3] HU"S，"DING"Q，"ZHANG"W，"et"al."Gut"microbial"beta-glucuronidase："A"vital"regulator"in"female"estrogen"metabolism[J]."Gut"Microbes，"2023，"15（1）："2236749.

[4] ZHANG"Y"G，"XIA"Y，"ZHANG"J，"et"al."Intestinal"vitamin"D"receptor"protects"against"extraintestinal"breast"cancer"tumorigenesis[J]."Gut"Microbes，"2023，"15（1）："2202593.

[5] SU"J，"LIN"X，"LI"D，"et"al."Prevotella"copri"exhausts"intrinsic"indole-3-pyruvic"acid"in"the"host"to"promote"breast"cancer"progression："Inactivation"of"AMPK"via"UHRF1-mediated"negative"regulation[J]."Gut"Microbes，"2024，"16（1）："2347757.

[6] ZHANG"Y，"YANG"F"J，"JIANG"Q"R，"et"al."Association"between"gut"microbiota"and"hepatocellular"carcinoma"and"biliary"tract"cancer："A"Mendelian"randomization"study[J]."World"J"Clin"Cases，"2024，"12（18）："3497–3504.

[7] GUPTA"A，"DHAKAN"D"B，"MAJI"A，"et"al."Association"of"favonifractor"plautii，"a"favonoid-dgrading"bcterium，"with"thenbsp;gut"microbiome"of"colorectal"cancer"patients"in"India[J]."mSystems，"2019，"4（6）："e00438–19.

[8] LOZANO"C"P，"WILKENS"L"R，"SHVETSOV"Y"B，"et"al."Associations"of"the"dietary"inflammatory"index"with"total"adiposity"and"ectopic"fat"through"the"gut"microbiota，"LPS，"and"C-reactive"protein"in"the"multiethnic"cohort-"adiposity"phenotype"study[J]."Am"J"Clin"Nutr，"2022，"115（5）："1344–1356.

[9] DAILLERE"R，"VETIZOU"M，"WALDSCHMITT"N，"et"al."Enterococcus"hirae"and"barnesiella"intestinihominis"facilitate"cyclophosphamide-induced"therapeutic"immunomodulatory"effects[J]."Immunity，"2016，"45（4）："931–943.

[10] KARKI"R，"SHARMA"B"R，"TULADHAR"S，"et"al."Synergism"of"TNF-alpha"and"IFN-gamma"triggers"inflammatory"cell"death，"tissue"damage，"and"mortality"in"SARS-CoV-2"infection"and"cytokine"shock"syndromes[J]."Cell，"2021，"184（1）："149–168.

[11] COEIHO"M"A，"COOPER"S，"STRAUSS"M"E，"et"al."Base"editing"screens"map"mutations"affecting"interferon-gamma"signaling"in"cancer[J]."Cancer"Cell，"2023，"41（2）："288–303.

[12] SHI"Y"Z，"TAO"Q"F，"QIN"H"Y，"et"al."Causal"relationship"between"gut"microbiota"and"urticaria："A"bidirectional"two-sample"Mendelian"randomization"study[J]."Front"Microbiol，"2023，"14："1189484.

[13] 易金陽，"王燁，"李琳琳."腸道菌群與2型糖尿病關(guān)系的研究進展[J]."新疆醫(yī)科大學學報，"2012，"35（6）："725–731.

[14] SIDDIQUI"R，"MAKHIOUF"Z，"ALHARBI"A"M，"et"al."The"gut"microbiome"and"female"health[J]."Biology"（Basel），"2022，"11（11）："1683.

[15] 孜白旦·阿不來提，"阿孜爾古麗·阿布都克日木，"德力夏提·依米提."乳腺癌患者腸道菌群高通量測序初步探索[J]."新疆醫(yī)科大學學報，"2017，"40（6）："839–843.

[16] ZENG"T，"DENG"Y"H，"LIN"C"H，"et"al."A"randomized"trial"of"bacteroides"fragilis"839"on"preventing"chemotherapy-"induced"myelosuppression"and"gastrointestinal"adverse"effects"in"breast"cancer"patients[J]."Asia"Pac"J"Clin"Nutr，"2024，"33（1）："23–32.

[17] POUTAHIDIS"T，"ERDMAN"S"E."Commensal"bacteria"modulate"the"tumor"microenvironment[J]."Cancer"Lett，"2016，"380（1）："356–358.

[18] SINGH"S，"GIRON"L"B，"SHAIKH"M"W，"et"al."Distinct"intestinal"microbial"signatures"linked"to"accelerated"systemic"and"intestinal"biological"aging[J]."Microbiome，"2024"，"12（1）："31–54.

[19] ZHAO"F，"AN"R，"WANG"L，"et"al."Specific"gut"microbiome"and"serum"metabolome"changes"in"lung"cancer"patients[J]."Front"Cell"Infect"Microbiol，"2021，"11："725284.

[20] JIANG"Z，"MOU"Y，"WANG"H，"et"al."Causal"effect"between"gut"microbiota"and"pancreatic"cancer："A"two-sample"Mendelian"randomization"study[J]."BMC"Cancer，"2023，"23（1）："1091–1101.

[21] YANG"H."The"causal"correlation"between"gut"microbiota"abundance"and"pathogenesis"of"cervical"cancer："A"bidirectional"Mendelian"randomization"study[J]."Front"Microbiol，"2024，"15："1336101.

[22] GOEDERT"J"J，"JONES"G，"HUA"X，"et"al."Investigation"of"the"association"between"the"fecal"microbiota"and"breast"cancer"in"postmenopausal"women："A"population-based"case-control"pilot"study[J]."J"Natl"Cancer"Inst，"2015，"107（8）："djv147.

[23] WANG"P，"LI"D，"KE"W，"et"al."Resveratrol-induced"gut"microbiota"reduces"obesity"in"high-fat"diet-fed"mice[J]."Int"J"Obes"（Lond），"2020，"44（1）："213–225.

[24] WONG"C"W，"YOST"S"E，"LEE"J"S，"et"al."Analysis"of"gut"microbiome"using"explainable"machine"learning"predicts"risk"of"diarrhea"associated"with"tyrosine"kinase"inhibitor"neratinib："A"pilot"study[J]."Front"Oncol，"2021，"11："604584.

[25] MORAN-RAMOS"S，"CERQUED-GARCIA"D，"LOPEZ-"CONTRERAS"B，"et"al."A"metagenomic"study"identifies"a"Prevotella"copri"enriched"microbial"profile"associated"with"non-alcoholic"steatohepatitis"in"subjects"with"obesity[J]."J"Gastroenterol"Hepatol，"2023，"38（5）："791–799.

[26] KIMAR"P"S."Sex"and"the"subgingival"microbiome："Do"female"sex"steroids"affect"periodontal"bacteria？[J]."Periodontol"2000，"2013，"61（1）："103–124.

（收稿日期：2025–01–26）

（修回日期：2025–05–08）