肌肉減少癥與心力衰竭的因果關系：雙樣本孟德爾隨機化研究

鈕岳岳，艾克熱木·艾爾肯，李紅萍，李明昊，李琳軒，馮玲

作者單位：1.100053北京市，中國中醫科學院廣安門醫院干保科 2.100029北京市，北京中醫藥大學研究生院

肌肉減少癥的主要特征是骨骼肌紊亂，其在老年人群中普遍存在，且受到人們生活方式、疾病和遺傳因素的影響［1］。2019年，歐洲老年人肌肉減少癥工作組（European Working Group on Sarcopenia in Older People，EWGSOP）指出，肌肉減少癥主要表現為肌肉質量降低、肌肉力量下降及身體功能受損［2］。歐洲心臟病學會（European Society of Cardiology，ESC）指南將心力衰竭定義為一種臨床綜合征，其典型癥狀為呼吸困難、踝關節腫脹和疲勞，可能伴有結構性和/或功能性心臟異常體征，如頸靜脈壓升高、肺濕啰音和外周組織水腫，進而導致靜息時或應激時心排血量減少和/或心內壓升高［3］。近年來，研究者開始關注肌肉減少癥與心力衰竭之間的關系。研究表明，慢性心力衰竭（chronic heart failure，CHF）患者肌肉減少癥患病率高達20%，且該類患者可能進展為心臟惡病質［4］。本研究采用雙樣本孟德爾隨機化（Mendelian randomization，MR）方法分析肌肉減少癥與心力衰竭的因果關系，以期為二者間的關系研究提供新的證據。

1 資料與方法

1.1 研究設計

本研究采用雙樣本MR方法，暴露因素為肌肉減少癥，結局為心力衰竭，主要探討肌肉減少癥相關特征與心力衰竭的因果關系。

1.2 數據來源

1.2.1 心力衰竭數據集

心力衰竭數據集來源于LEVIN等［5］研究，包括115 150例心力衰竭患者和1 550 331例健康對照者及18 071 518個單核苷酸多態性（single nucleotide polymorphism，SNP）；該研究中的大部分（82.0%）受試者來自6個不同的隊列或聯合組織（包括HERMES、Penn Medicine生物庫、eMERGE、Mount Sinai BioMe生物樣本庫、DiscovEHR隊列和FinnGen），為歐洲血統，其樣本重疊的可能性極小。

1.2.2 肌肉減少癥相關特征數據集

肌肉減少癥相關特征包括四肢瘦體重（appendicular lean mass，ALM）、握力和步行速度，分別反映肌肉質量、肌肉力量和運動能力。其中ALM數據集來源于PEI等［6］進行的一項全基因組關聯研究，其樣本量為450 243例，為歐洲血統，包含18 071 518個SNP；握力和步行速度數據集來源于英國生物樣本庫（https://data.bris.ac.uk/data/dataset/pnoat8cxo0u52p6ynfaekeigi），均為歐洲血統。其中左側握力樣本量為461 026例，包含9 851 867個SNP；右側握力樣本量為461 026例，包含9 851 867個SNP；步行速度樣本量為459 915例，包含9 851 867個SNP。

1.3 篩選工具變量

本研究篩選的工具變量——SNP應滿足以下條件：（1）與肌肉減少癥相關特征具有強相關的SNP（以P＜5×10-8為閾值）；（2）基于1 000個基因組計劃的歐洲血統參考面板，去除連鎖不平衡（linkage disequilibrium，LD）的SNP（r2＜0.001且區域寬度為10 000 kD）。（3）與其他潛在混雜因素無關的SNP；（4）選取F統計量＞10的SNP，以最大程度地去除弱工具變量［7］。（5）通過Phenoscanner網站（http://www.phenoscanner.medschl.cam.ac.uk/）檢索可能存在的混雜SNP，以免混雜因素引起潛在的多效性效應。

1.4 MR方法

本研究主要采用逆方差加權法（inverse variance weighting，IVW）進行MR，以分析肌肉減少癥相關特征與心力衰竭的因果關系，該方法假設所有SNP為有效的工具變量；其次，采用加權中位數法對因果關系進行可靠估計，假設＞50%的SNP為有效的工具變量［8］；最后，采用MR-Egger回歸識別SNP水平多效性并校正多重效應［9］。

1.5 敏感性分析

首先，采用CochranQ檢驗評估SNP間的統計學異質性［10］，若P＞0.05提示SNP間無統計學異質性，采用固定效應模型進行MR；若P≤0.05提示SNP間有統計學異質性，采用隨機效應模型進行MR。其次，采用MR-Egger截距法評估SNP的水平多效性［9］。最后，采用留一法檢測單個SNP對MR結果的影響。

1.6 統計學方法

采用R 4.2.2及R包（TwoSampleMR、MR-PRESSO）進行MR研究，以分析肌肉減少癥相關特征與心力衰竭的因果關系，以OR及其95%CI表示效應量。

2 結果

2.1 工具變量

本研究共篩選出556個與ALM強相關的SNP、147個與左手握力強相關的SNP、157個與右手握力強相關的SNP、54個與步行速度強相關的SNP。

2.2 肌肉減少癥相關特征與心力衰竭的因果關系

IVW分析結果顯示，ALM升高與心力衰竭發生風險升高有關〔OR=1.05，95%CI（1.02～1.09），P=4.95×10-4〕，步行速度增快與心力衰竭發生風險降低有關〔OR=0.33，95%CI（0.26～0.43），P=7.07×10-18〕；加權中位數法分析結果顯示，ALM升高與心力衰竭發生風險升高有關〔OR=1.09，95%CI（1.05～1.14），P=3.25×10-5〕，步行速度增快與心力衰竭發生風險降低有關〔OR=0.36，95%CI（0.27～0.48），P=5.13×10-12〕；MR-Egger回歸分析結果顯示，ALM升高與心力衰竭發生風險升高有關〔OR=1.11，95%CI（1.03～1.19），P=3.82×10-3〕，但步行速度增快與心力衰竭發生風險降低無關〔OR=0.92，95%CI（0.34～2.51），P=0.869）。IVW、加權中位數法、MR-Egger回歸分析結果均顯示，左側握力和右側握力與心力衰竭發生風險無關（P＞0.05），見圖1。

圖1 ALM、握力、步行速度與心力衰竭因果關系的森林圖Figure 1 Forest plot of the causality between ALM，grip strength，walking speed and heart failure

2.3 敏感性分析

CochranQ檢驗結果顯示，與ALM、左側握力、右側握力、步行速度強相關的SNP間有統計學異質性（Q值分別為920.39、291.18、305.79、106.11，P值分別為1.49×10-20、1.05×10-11、8.59×10-12、2.06×10-5）；MR-Egger截距法分析結果顯示，與ALM、左側握力、右側握力、步行速度強相關的SNP不存在水平多效性（截距P值分別為0.12、0.42、0.79、0.42）。留一法分析結果顯示，ALM、左側握力、右側握力、步行速度與心力衰竭的因果關系并非由單個SNP驅動。

3 討論

肌肉減少癥被認為是老年心力衰竭患者身體功能下降和心肺功能變差的重要原因之一［11］。研究表明，心力衰竭患者肌肉代謝受到多種機制影響，包括交感神經系統過度激活、全身炎癥反應和神經激素變化等［12］，這些因素均導致氧化代謝水平升高、泛素-蛋白酶體系統活性增加、細胞凋亡活性增加及骨骼肌生長因子釋放減少，從而破壞肌肉組織穩態［13］。上述一系列改變還可導致機體蛋白質分解增加，最終引發肌肉萎縮［14］，而肌肉萎縮又是心力衰竭患者發生運動不耐受和通氣效率下降的主要原因之一；此外，肌肉減少癥還促進了其他疾病的進展，進而降低了患者的生活質量。因此，明確肌肉減少癥與心力衰竭的因果關系對預防心力衰竭的發生至關重要。

觀察性研究表明，擁有更多肌肉質量的個體更容易維持健康的體質量和代謝狀態，進而有助于降低心力衰竭發生風險［15-16］。但一項橫斷面研究表明，更高的ALM與多種心臟代謝疾病相關［17］。且本研究IVW、加權中位數法、MR-Egger回歸分析結果均顯示，ALM升高與心力衰竭發生風險升高有關，提示ALM在維護機體心臟健康方面扮演著復雜角色。筆者推測ALM升高與心力衰竭發生風險升高有關的原因可能如下：ALM低的個體對葡萄糖和脂質的代謝能力下降，進而導致胰島素抵抗水平升高，而胰島素抵抗又與心血管疾病危險因素密切相關；此外，ALM主要受骨骼肌影響，而肌肉組織在胰島素介導的葡萄糖利用過程中起關鍵調節作用［18］，故骨骼肌組織中的脂質積累與糖代謝及氧化酶活性之間的不平衡可能與心力衰竭發生風險相關［19-20］。本研究結果顯示，握力與心力衰竭之間無明確的因果關系。

一項前瞻性研究表明，步行速度與心力衰竭發生風險之間存在劑量反應關系，即步行速度與心力衰竭發生風險呈反比［21］。本研究IVW、加權中位數法分析結果顯示，步行速度增快與心力衰竭發生風險降低有關，分析其生物學機制可能如下：步行速度較快的個體可能具備更為健康的心血管系統，包括更好的心臟功能和血管彈性，且運動還可以預防與年齡相關的心臟重構［22］。此外，步行速度也能反映機體代謝狀況，其與血糖控制及脂質代謝密切相關［23］。

本研究優勢：（1）本研究采用雙樣本MR分析，有效地降低了反向因果關系和混雜因素造成的偏倚，進而提高結果的可信度；（2）本研究使用的是GWAS的摘要級數據，能增強統計分析能力；（3）本研究進行了多項敏感性分析，以驗證因果關系的穩健性和一致性。但本研究仍存在一定不足：（1）GWAS數據主要來自歐洲血統的個體，這可能限制了本研究結論的外推范圍。（2）既往研究表明，年齡和性別與ALM密切相關［24-25］，但由于缺乏數據，本研究未能深入探究不同年齡、性別的人群ALM與心力衰竭之間的因果關系。

4 結論

綜上所述，ALM升高與心力衰竭發生風險增加有關，步行速度增快與心力衰竭發生風險降低相關，但未發現握力與心力衰竭發生風險相關，該研究有望為心臟代謝和肌肉健康之間復雜關系的研究提供參考。

作者貢獻：鈕岳岳、艾克熱木·艾爾肯進行文章的構思與設計；鈕岳岳、李紅萍進行研究的實施與可行性分析；李明昊、李琳軒進行數據收集、整理、分析；鈕岳岳進行結果分析與解釋，負責撰寫、修訂論文，對文章整體負責、監督管理；馮玲負責文章的質量控制及審校。

本文無利益沖突。