體質指數與冠心病的因果關系：孟德爾隨機化研究

崔揚揚，杜林芹，周陽，劉延旭，羅豪，文聰，Ofe Eugene Kwaku，鄭健康，沈秀峰，岳榮川

在我國，心血管疾病（cardiovascular disease，CVD）的發病率和病死率不斷升高。據《中國心血管健康與疾病報告2022》估算，目前我國CVD患者約有3.3億，其中冠心病患者1 139萬［1］。全球疾病負擔研究項目顯示，2019年，中國歸因于高體質指數（body mass index，BMI）的CVD死亡患者為54.95萬，歸因于高BMI的CVD年齡標化死亡率為38.64/10萬［2］。觀察性研究結果顯示，BMI與冠心病發生風險呈正相關［3-7］，但因可能存在混雜因素及反向因果關系而不能明確BMI與冠心病的因果關系［8］。孟德爾隨機化（Mendelian randomization，MR）是通過選擇與暴露因素相關的基因變異作為工具變量，以消除系統誤差，并由等位基因在受孕時根據孟德爾第二定律隨機分配，類似于隨機對照試驗［9］。MR常用于驗證暴露因素對疾病風險的影響。基于此，本研究采用MR方法分析BMI與冠心病的因果關系，以期為冠心病的防治提供參考依據。

1 資料與方法

1.1 數據來源 本研究中BMI為暴露因素，冠心病為結局。通過IEU OpenGWAS prodect（https://gwas.mrcieu.ac.uk/）獲取樣本，收集截至2023-06-15樣本量最大的BMI（GWAS ID：ukb-b-19953）及冠心病（GWAS ID：ukb-d-I9_CHD）的全基因組關聯研究（Genome-Wide Association Studies，GWAS）數據。納入樣本均來源于歐洲人群，其中BMI數據集樣本量為461 460例，單核苷酸多態性（single nucleotide polymorphism，SNP）數量為9 851 867個；冠心病數據集樣本量為361 194例，SNP數量為13 295 130個。

1.2 篩選工具變量 （1）在B M I 數據集中，以P＜5×10-8為閾值，篩選與BMI顯著相關的SNP。為了確保SNP之間相互獨立，設置連鎖不平衡系數（r2＜0.001）。為了限制分析范圍，設置區域寬度為10 000 kb，以減少基因多效性對結果的影響并獲得與BMI相關的工具變量［10-11］。（2）在冠心病數據集中篩選與BMI高度相關的SNP。為了確保SNP與BMI之間有高度連鎖性，設置最小連鎖不平衡系數（r2＞0.8），僅選擇與目標SNP高度相關的其他SNP。為了提高結果的準確性，本研究對于缺失的SNP采用與其具有高度連鎖性的SNP替代。同時，排除沒有替代位點的SNP［12］。（3）將BMI和冠心病相關的SNP數據集進行合并，為了控制混雜因素，設定P＜5×10-8，以剔除與冠心病直接相關的SNP。（4）將最終得到的工具變量用于MR分析［13］。

1.3 MR分析方法 本研究擬通過MR-Egger回歸、加權中位數法（weighted median method，WME）、逆方差加權法（inverse variance weighting，IVW）、單純模型和加權模型共5個回歸模型進行MR分析，將SNP作為工具變量，驗證BMI與冠心病的因果關系。在MR分析過程中，常使用MR-Egger回歸和WME處理因果推斷中的反向因果問題，其中MR-Egger回歸是一種因果推斷方法，WME是一種非參數方法；常使用IVW、單純模型、加權模型處理遺傳相關問題，其中IVW是一種常用的元分析方法，簡單模型和加權模型是線性回歸方法。

1.4 異質性檢驗 采用CochranQ檢驗評估SNP間的統計學異質性［14］，以P＜0.05為SNP間存在統計學異質性，提示研究人員應主要關注IVW結果。

1.5 敏感性分析 采用MR-Egger截距法檢測水平多效性（即水平方向上的不一致性），若該截距項與0差異很大，說明研究存在水平多效性［15］。采用留一法進行敏感性分析，以評估MR分析結果的穩健性［16-17］。

1.6 統計學方法 本研究應用R 4.2.3 軟件中的“TwoSampleMR”包導入數據、篩選工具變量，并進行MR分析、異質性檢驗和敏感性分析，雙側檢驗水準α=0.05。繪制漏斗圖以分析單個SNP對結果的影響。

2 結果

2.1 工具變量 本研究篩選出與BMI高度相關的SNP 458個，從冠心病數據集中篩選與BMI高度相關的SNP 460個，然后刪除17個具有中間等位基因的回文SNP和2個重復命名的SNP，最終納入441個SNP。

2.2 MR分析結果 MR-Egger回歸、WME、IVW結果顯示，BMI升高是冠心病的危險因素（P＜0.01）；單純模型和加權模型結果未顯示BMI升高是冠心病的危險因素（P＞0.05），但其β值與MR-Egger回歸、WME、IVW的β值方向一致，見表1、圖1。

圖1 BMI與冠心病關系的散點圖Figure 1 Scatter plot of the relationship between BMI and coronary heart disease

2.3 異質性檢驗結果 CochranQ檢驗結果顯示，SNP間存在統計學異質性（Q=598.844，P＜0.001）。

2.4 敏感性分析 MR-Egger截距法結果顯示，MREgger截距項＜0.001（P=0.083），提示該研究不存在水平多效性。留一法分析結果顯示，逐一剔除SNP后，剩余SNP仍位于無效線右邊，且OR及其95%CI未發生明顯改變。

2.5 漏斗圖 漏斗圖分析結果顯示，所有SNP分布基本對稱，提示SNP作為工具變量時，推斷出的因果關系受潛在因素的影響相對較小，見圖2。

圖2 漏斗圖Figure 2 Funnel plot

3 討論

本研究采用MR方法對收集到的全基因組關聯研究數據進行深入分析，以明確BMI與冠心病之間的因果關系，結果顯示，BMI升高是冠心病的危險因素，且MREgger截距法和留一法分析結果顯示，本研究的MR結果較穩健，故這一結論對深入研究冠心病的發病機制及制定防治策略具有重要意義。

既往流行病學研究表明，肥胖與冠狀動脈鈣化及冠心病、CVD、全因死亡風險較高有關［3］。一項亞太地區BMI與CVD的研究設置了33個隊列，包括31萬例患者，結果顯示，BMI每降低2 kg/m2，冠心病發生風險降低14%［18］。但上述研究均為觀察性研究，不能排除混雜因素的影響。而隨機對照試驗的成本相對較高，在臨床中的應用受限。MR可有效避免基因在受孕時隨機分配的混雜偏倚，與觀察性研究相比可避免反向因果效應［19］。因此，本研究采用MR分析BMI與冠心病的因果關系，結果顯示，BMI升高與冠心病有一定的因果關系，雖然BMI并不能直接反映身體脂肪含量或心臟是否健康，但BMI升高常提示體脂肪百分比較高，這與冠心病的發生有一定關聯。提示臨床上可以通過控制飲食和增強運動而降低BMI，進而預防冠心病的發生，提高人們的生活質量；此外，除中老年人群外，年輕人也應該重視心血管健康，養成良好的生活習慣、積極參加體育鍛煉、控制飲食并定期體檢，以降低冠心病的發病風險。

綜上所述，BMI升高是冠心病的危險因素。但本研究GWAS數據均來源于歐洲人群，而亞洲人群與歐洲人群的生活習慣及飲食文化均存在很大差異，故在臨床實踐中，需要收集更多亞洲人群的相關數據，以驗證本研究結論。

作者貢獻：崔揚揚、杜林芹進行文章的構思與設計；周陽、劉延旭進行研究的實施與可行性分析；羅豪、文聰進行數據收集、整理、分析；Ofe Eugene Kwaku、鄭健康進行結果分析與解釋；崔揚揚、沈秀峰負責撰寫、修訂論文；岳榮川負責文章的質量控制及審校，對文章整體負責、監督管理。

本文無利益沖突。