25-羥維生素D與強直性脊柱炎的因果關(guān)系：雙向孟德爾隨機化研究

[摘要] 目的 探討25-羥維生素D[25-hydroxyvitamin D，25（OH）D]與強直性脊柱炎（ankylosing spondylitis，AS）的因果關(guān)系。方法 25（OH）D與AS的遺傳數(shù)據(jù)提取全基因組關(guān)聯(lián)分析，采用MR-Egger回歸法、加權(quán)中位數(shù)、逆方差加權(quán)（inverse variance weighted，IVW）、簡單模式及加權(quán)模式估計25（OH）D對AS的因果效應(yīng)，并進行敏感度分析驗證。結(jié)果 IVW結(jié)果表明25（OH）D濃度與AS存在因果關(guān)系（OR=0.805，95%CI：0.686～0.944，P=0.008），最大似然比（OR=0.799，95%CI：0.678～0.940，P=0.007）顯示一致結(jié)果。反向孟德爾隨機分析IVW結(jié)果顯示兩者不存在因果關(guān)系（OR=1.019，95%CI：0.995～1.043，P=0.110）。另外，MR-Egger截距、Cochran Q檢驗、留一法及MR-PRESSO分析顯示不存在水平多效性與異質(zhì)性。結(jié)論 25（OH）D濃度與AS的發(fā)病可能存在遺傳因果關(guān)系，但AS不能導(dǎo)致體內(nèi)25（OH）D的濃度變化。

[關(guān)鍵詞] 25-羥維生素D；強直性脊柱炎；孟德爾隨機化；因果關(guān)系

[中圖分類號] R593.23" """"[文獻標識碼] A """""[DOI] 10.3969/j.issn.1673-9701.2025.19.001

Causal relationship between 25-hydroxyvitamin D and ankylosing spondylitis： A two-way Mendelian randomization study

XIONG Lang¹， JIANG Zong²， LAN Weiya²， TANG Fang²， MA Wukai²， CHEN Xueyong¹， CAI Shanshan¹， TU Haixia¹， DAI Yuqing¹， CAI Shanyan¹

1.The Second Clinical Medical College of Guizhou University of Traditional Chinese Medicine， Guiyang 550002， Guizhou， China; 2.Department of Rheumatology and Immunology， the Second Affiliated Hospital of Guizhou University of Traditional Chinese Medicine， Guiyang 550003， Guizhou， China

[Abstract] Objective To explore causal relationship between 25-hydroxyvitamin D[25 （OH） D] and ankylosing spondylitis （AS）. Methods Genetic data of 25（OH）D and AS were extracted from the genome-wide association study. The causal effect of 25（OH）D on AS was estimated by MR-Egger regression method， weighted median， inverse variance weighted （IVW）， simple mode and weighted mode， and sensitivity analysis was conducted for verification. Results The IVW results indicated that there was a causal relationship between 25（OH）D concentration and AS （OR=0.805， 95%CI： 0.686-0.944， P=0.008）， and the maximum likelihood ratio （OR=0.799， 95%CI： 0.678-0.940， P=0.007） showed consistent results. The IVW results of the reverse Mendelian randomization study showed that there was no causal relationship between the two （OR=1.019， 95%CI： 0.995-1.043， P=0.110）. In addition， MR-Egger intercept， Cochran Q test， “l(fā)eave-one-out” and MR-PRESSO analysis showed no horizontal pleipotency or heterogeneity. Conclusion There may be a genetic causal relationship between the concentration of 25（OH）D and the onset of AS. AS cannot cause changes in the concentration of 25（OH）D in the body.

[Key words] 25-hydroxyvitamin D; Ankylosing spondylitis; Mendelian randomization; Causality

強直性脊柱炎（ankylosing spondylitis，AS）是一種病因不明確的自身免疫病，以炎癥性腰痛為主要特征^[1]。調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)中國的AS患病率約為0.29%，國外患病率為0.20%～0.25%^[2]。AS病程長，患者長期活動受限，關(guān)節(jié)和脊柱疼痛可導(dǎo)致生活質(zhì)量下降^[3-4]。AS的治療包括針灸、運動、非甾體抗炎藥、腫瘤壞死因子抑制劑、改善病情的抗風濕藥等^[5]。維生素D是一類脂溶性維生素，其通過肝臟轉(zhuǎn)化為25-羥維生素D[25-hydroxyvitamin D，25（OH）D]，而25（OH）D是參與評價維生素D在人體骨骼生長發(fā)育的最佳指標^[6-7]。此外，25（OH）D作為維生素D的主要循環(huán)形式通過維生素D受體促使T細胞分化因子參與AS的發(fā)病機制^[8]。然而，25（OH）D缺乏也可誘發(fā)AS的發(fā)生^[9-10]。研究表明血清25（OH）D低濃度是AS發(fā)病的危險因素^[11]。目前，越來越多的研究表明AS患者血清25（OH）D濃度低，但以上研究均無法推斷25（OH）D與AS之間的因果關(guān)系^[12-17]。因此，探究兩者之間的因果關(guān)系，可為臨床工作者對AS患者以血清25（OH）D濃度為標準補充維生素D進行精準治療提供重要依據(jù)。本研究采用雙向孟德爾隨機化（Mendelian randomization，MR）研究設(shè)計，探討25（OH）D與AS之間的因果關(guān)聯(lián)。

1" 資料與方法

1.1" 數(shù)據(jù)來源

AS數(shù)據(jù)來自歐洲、東亞和拉丁美洲血統(tǒng)AS患者的全基因組關(guān)聯(lián)分析（genome-wide association study，GWAS）數(shù)據(jù)^[18]：樣本總量25 764例，其中觀察組10 619例，對照組15 145例，共99 962個單核苷酸多態(tài)性（single nucleotide polymorphism，SNP）。25（OH）D數(shù)據(jù)來自歐洲血統(tǒng)的GWAS數(shù)據(jù)^[19]：總樣本量417 580例，143個隊列，共8 401 108個SNP。

1.2" 工具變量的篩選

匯集GWAS數(shù)據(jù)中AS和25（OH）D有統(tǒng)計學(xué)意義（Plt;5×10^-8）的SNP，再設(shè)置連鎖不平衡的閾值為r²lt;0.001，千堿基對為10 000，剔除連鎖不平衡的干擾^[20]。剔除F lt;10的SNP，結(jié)果得到與AS和25（OH）D顯著相關(guān)的有效SNP作為工具變量。

1.3" MR分析

本研究采用MR-Egger回歸法、加權(quán)中位數(shù)（weighted median，WM）、逆方差加權(quán)（inverse variance weighted，IVW）、簡單模式（simple mode）及加權(quán)模式（weighted mode）估計25（OH）D對AS的因果效應(yīng)。IVW應(yīng)用假設(shè)SNP均為有效工具變量，得到準確的估計結(jié)果^[21]。MR-Egger回歸法評估結(jié)局與暴露的加權(quán)線性回歸，當加權(quán)線性回歸無統(tǒng)計學(xué)意義時，MR-Egger回歸法的斜率表示暴露對結(jié)局的因果效應(yīng)估計值。WM對一半的SNP是有效工具變量，獲得結(jié)局與暴露之間因果效應(yīng)的估計。簡單模式比較結(jié)局與暴露之間在基因型或表型方面的頻數(shù)差異，觀察兩組間的差異是否具有統(tǒng)計學(xué)意義。加權(quán)模式是將不同遺傳變異對性狀的因果效應(yīng)進行加權(quán)，再用加權(quán)后的眾數(shù)作為最終的因果效應(yīng)評估，減少因某些遺傳變異估計結(jié)果的偏離而致的偏誤。本研究先將25（OH）D作為暴露因素，與"""" 25（OH）D顯著相關(guān)的SNP作為工具變量，AS作為結(jié)局變量，進行正向MR分析，見圖1。然后再將AS作為暴露因素，與AS顯著相關(guān)的SNP作為工具變量，25（OH）D作為結(jié)局變量，進行反向MR分析，最后得出結(jié)論，見圖2。同時，MR遵循以下3個條件假設(shè)：①工具變量與暴露存在密切相關(guān)（假設(shè)Ⅰ）；②工具變量與任何潛在混雜因素均無關(guān)（假設(shè)Ⅱ）；③工具變量與結(jié)局無顯著關(guān)聯(lián)（假設(shè)Ⅲ）。所有的統(tǒng)計分析均采用Rversion4.1.2中“Two Sample MR”軟件包。

1.4" 敏感度分析

本研究采用Cochran Q異質(zhì)性分析，當檢驗Plt;0.05時，則SNP之間有異質(zhì)性^[22]；用“逐個剔除檢驗”進行敏感度分析，探索單個SNP對結(jié)局與暴露之間因果關(guān)系的影響^[23]。用MR-pleiotropy-test函數(shù)進行多效性分析，當檢驗有顯著性意義時（Plt;0.05）則具有多效性^[24]。

2" 結(jié)果

2.1" 雙向MR研究

根據(jù)篩選標準，共110個SNP作為工具變量被納入研究。研究中，每個與工具暴露相關(guān)的統(tǒng)計量Fgt;10（29.774～1474.547），有效排除弱工具變量對結(jié)果產(chǎn)生偏倚。

IVW結(jié)果表明25（OH）D濃度與AS存在因果關(guān)系（OR=0.805，95%CI：0.686～0.944，P=0.008），最大似然比（OR=0.799，95%CI：0.678～0.940，P=0.007）結(jié)果也表明25（OH）D濃度與AS存在因果關(guān)系，見表1、圖3。IVW法、WM、簡單模式及加權(quán)模式得到的因果效應(yīng)方向均一致，見圖4。反向MR分析IVW結(jié)果為兩者不存在因果關(guān)系（OR=1.019，95%CI：0.995～1.043，P=0.110）。

2.2" 敏感度分析

MR-Egger截距檢驗結(jié)果（截距項為–0.028，P=0.214）表明不存在水平多效性影響。IVW（Q=22.980，P=0.340）和MR-Egger回歸（Q=14.882，P=0.496）的Cochran Q檢驗結(jié)果表明SNP不存在異質(zhì)性，見圖5。留一法結(jié)果顯示依次剔除SNP后，未觀察到剩余SNP的合并效應(yīng)與納入的全部SNP分析結(jié)果存在實質(zhì)性差異，進而驗證結(jié)果的可靠性，見圖6。MR-PRESSO分析結(jié)果表明納入研究的工具變量位點中無顯著的離群值對結(jié)果產(chǎn)生影響（β=–3.873，P=0.956），表明MR研究不存在水平多效性與異質(zhì)性，結(jié)果 穩(wěn)健。

反向研究MR-Egger截距檢驗結(jié)果（截距項為–0.001，P=0.277）表明不存在水平多效性影響；IVW（Q=45.583，P=0.336）和MR-Egger回歸（Q=43.150，P=0.452）的Cochran Q檢驗結(jié)果表明SNP不存在異質(zhì)性，見圖7；留一法結(jié)果為不存在實質(zhì)性差異，見圖8；MR-PRESSO結(jié)果（β=–27.837，P=0.577）表明MR研究不存在水平多效性與異質(zhì)性，結(jié)果穩(wěn)健。

3" 討論

本研究結(jié)果表明25（OH）D與AS可能存在因果關(guān)系，最大似然比結(jié)果與前者保持一致。在敏感度分析中，MR-Egger截距、Cochran Q及MR-PRESSO檢驗均不存在水平多效性與異質(zhì)性。森林圖和漏斗圖均未檢測到顯著影響結(jié)果的SNP；留一法不存在實質(zhì)性差異，進而證明結(jié)果的可靠性。在反向MR研究中，AS對25（OH）D不存在因果關(guān)系。

為確定本研究結(jié)果的可靠性，與臨床研究、作用機制研究進行比較，發(fā)現(xiàn)本研究結(jié)果與臨床研究、機制研究相一致。Chen等^[13]對6項隊列研究進行系統(tǒng)評價，發(fā)現(xiàn)與對照組相比，AS患者的血清25（OH）D水平顯著降低（MD=–7.53，95%CI：–9.78～ –5.28，Plt;0.001）。另一項前瞻性臨床病例對照研究納入60例AS患者和40例對照人群進行研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)AS患者血清25（OH）D水平顯著降低，進而表明血清25（OH）D參與AS的發(fā)病，提高25（OH）D濃度可有效改善AS患者的臨床癥狀^[14]。

25（OH）D導(dǎo)致AS的發(fā)病機制尚未完全闡明。張磊等^[25]指出25（OH）D濃度降低可促進生長因子、白細胞介素（interleukins，IL）、基質(zhì)金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）增多，加劇炎癥反應(yīng)，進而加重AS的病程進展。另外，25（OH）D與AS存在信號通路關(guān)系，張恒維等^[26]發(fā)現(xiàn)1，25（OH）D_3""""" 可能通過Toll樣受體4/髓樣分化因子88/核因子κB信號通路降低抗炎因子IL-10水平，升高促炎因子IL-6、腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）水平，發(fā)揮免疫作用，進而治療AS。此外，IL-10、TNF-α、轉(zhuǎn)化生長因子-β等因子已被確定為AS發(fā)病的重要標志物^[27]。25（OH）D可調(diào)控TNF-α、IL-6、IL-10等細胞因子，對AS的精準治療發(fā)揮重要作用^[10，28]。因此，補充維生素D可增加人體血清25（OH）D水平，抑制炎癥因子活化和增殖，進而達到防治AS的目的。本研究結(jié)果表明25（OH）D濃度與AS的發(fā)病可能存在遺傳因果關(guān)系，但AS不能導(dǎo)致體內(nèi)25（OH）D的濃度發(fā)生變化。

本研究通過雙向MR探究25（OH）D與AS的因果關(guān)系，具有以下優(yōu)勢：①采用大型GWAS數(shù)據(jù)挖掘，對大樣本人群進行MR分析，避免偏倚，結(jié)論更具有代表性；②采用多種方法對雙樣本MR進行正向與反向分析，增加結(jié)果的準確度；③與臨床觀察研究相比，本研究減少了時間，保持合規(guī)性及準確獲得兩者的因果關(guān)系。

本研究也存在局限性：①數(shù)據(jù)來源于雙樣本的GWAS，缺乏患者的年齡、性別、地區(qū)及臨床特征，限制進行更深入的亞組分析，可能導(dǎo)致對結(jié)果的解釋存在偏差。②本研究樣本主要來自歐洲血統(tǒng)人群，限制研究結(jié)果的普適性，可能不適用于其他種族或地區(qū)的人群。此外，雖然樣本中包含少部分東亞和拉丁美洲的AS患者，但這也可能引入人口分層的工具變量偏倚。③本研究采用的是統(tǒng)計學(xué)方法，無法深層探討25（OH）D與AS之間的作用機制。針對以上局限，未來應(yīng)注重性別、年齡、地區(qū)及臨床特征的亞組分析。同時，挖掘大量不同種族人群的相關(guān)遺傳數(shù)據(jù)，以得到全面的研究結(jié)果。此外，根據(jù)25（OH）D與AS的因果關(guān)系，明確缺乏25（OH）D導(dǎo)致AS的患病風險增加，進而通過實驗機制驗證探討25（OH）D對AS的影響。

綜上，25（OH）D與AS可能存在因果關(guān)系，反向MR研究證實AS與25（OH）D不存在因果關(guān)系。后續(xù)研究需增大樣本深入探討25（OH）D影響AS的作用機制，為臨床精準治療AS提供新的思路。

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：2025–03–04）

（修回日期：2025–06–11）

基金項目：貴州省科技計劃項目（黔科合平臺人才[2020]2202）

通信作者：唐芳，電子信箱：64550932@qq.com