基于孟德爾隨機化分析胃食管反流病與慢性阻塞性肺疾病的因果關系研究

劉 波, 游俊杰, 鄭思琳, 黃 敏

(1. 西南醫科大學 護理學院, 四川 瀘州, 646000;2. 西南醫科大學附屬醫院 呼吸與危重癥醫學科, 四川 瀘州, 646000;3. 西南醫科大學附屬醫院 護理部, 四川 瀘州, 646000)

胃食管反流病(GERD)是一種常見的消化系統疾病,表現為胃內容物逆流入食管,導致包括胃灼燒、反酸和吞咽困難等癥狀,嚴重影響患者生活質量。發達國家有約20%的成年人罹患GERD,中國具備典型癥狀的GERD患病率為2.5%～7.8%[1-2]。長時間受GERD的影響,食管可能發生炎癥、糜爛甚至癌變。慢性阻塞性肺疾病(COPD)是一種慢性進行性呼吸系統疾病,特征為氣道的持續性狹窄,可導致呼吸困難。研究[3]顯示COPD發病率隨著年齡的增長而增高,還與吸煙、空氣污染和職業暴露等因素有關。

近年來,有研究[4]報道GERD與COPD存在潛在的關聯,GERD可能增加COPD的風險或加重其癥狀,而COPD患者也常常伴隨GERD的發生。分析可能的機制包括反流物對氣道的刺激、氣道炎癥以及微誤吸事件[5-7]。然而,這些研究常常受到混雜因素的影響,例如吸煙、飲酒、身體活動、飲食和其他健康狀況。孟德爾隨機化(MR)可利用遺傳變異作為工具變量來探討暴露與結果之間的因果關系,相較于傳統的流行病學研究,MR更不容易受到混雜因素的影響,并且可以提供更為確鑿的因果證據。本研究應用MR探討GERD與COPD的潛在因果關系,現報告如下。

1 材料與方法

1.1 研究設計

本研究采用雙向兩樣本MR研究探討GERD與COPD之間的因果關系。本研究依賴于全基因組關聯研究中公開可用的匯總數據,這些研究是由機構審查委員會從所有原始研究中批準的,因此本研究不再需要經過倫理審查。

1.2 數據來源

1.2.1 GERD數據來源: GERD數據來源于An J等[8]大型的GWAS薈萃分析研究,該數據總樣本量為332 601例,其中包括71 522例胃食管反流患者和261 079例對照人群。所有樣本人群均為歐洲人種。

1.2.2 COPD數據來源: COPD數據來源于FinnGen數據庫r9版本(https: //r9.finngen.fi/)。FinnGen數據庫是芬蘭開展的一項大規模基因組研究項目,收集和分析來自50萬名芬蘭生物樣本庫參與者的基因組和健康數據[9]。該數據總樣本量為329 552例,其中包括18 266例COPD患者和311 286例對照人群。

1.3 工具變量篩選

兩樣本MR研究必須滿足3大假設: ① 關聯性假設,遺傳變異必須與暴露強相關; ② 排他性假設,遺傳變異不能與結局相關; ③ 獨立性假設,遺傳變異不能與混淆因素相關。

本研究工具變量的篩選按照以下規則進行: ① 設置全基因組具有意義的閾值為P<5×10-8, 篩選出潛在的單核苷酸多態性(SNPs), 并通過計算F統計量(F=Beta2/SE2), 排除F<10的SNP以確保強相關。② 為了確保SNPs之間的獨立性,去除連鎖不平衡(LD)SNPs, 具體參數設置為r2=0.001, 遺傳距離為10 MB。③ 通過PhneoScanner(http: //www.phenoscanner.medschl.cam.ac.uk/)在線網頁檢測并去除與結局相關表型對應的SNP, 以滿足排他性假設,防止潛在多效性的出現。本研究不使用代理SNP替代在結局數據中丟失的SNP。最終在正向MR分析中共確定18個SNP作為工具變量,在反向MR分析中共確定7個SNP作為工具變量。見表1。

表1 工具變量信息

1.4 統計學分析

本研究使用多種MR方法來評估GERD與COPD之間的因果關系,包括逆方差加權(IVW)、加權中位數法(Weight Median)以及MR-Egger, 其中IVW方法被認為是主要且最可靠的。敏感性分析通過Cochrane′sQ檢驗評估工具變量的異質性(P<0.05即存在異質性),通過MR-Egger回歸評估工具變量的多效性(P<0.05即存在多效性)。此外,孟德爾隨機化多態性殘差和離群值(MR-PRESSO)檢驗也被用于評估和糾正水平多效性及離群異常SNP。留一分析用于評估該研究是否受單個SNP的影響而發生偏倚。本研究所有的分析均使用R語言(4.2.3版本)和“TwoSampleMR”分析包(0.5.6版本)進行。

2 結 果

在正向MR分析中, GERD作為暴露,COPD作為結局。IVW結果為OR=1.305 7, 95%CI: 1.114 4～1.529 8,P=0.000 9, 表明遺傳預測的GERD與COPD的發病率顯著相關; Weight Median結果為OR=1.259 9, 95%CI: 1.003 6～1.581 7,P=0.046 4; MR-Egger結果為OR=2.079 3, 95%CI: 0.727 4～5.943 9,P=0.190 8。在敏感性分析中, MR-Egger-regression結果表明工具變量之間不存在多效性(intercept=-0.017 9,P=0.392 7), Cochrane′sQ檢驗結果未發現異質性的存在(P=0.393 5), 留一分析未發現正向MR分析結果受單個SNP影響。在反向MR分析中, COPD作為暴露,GERD作為結局。IVW結果為OR=0.982 3, 95%CI: 0.917 4～1.051 9,P=0.610 4; Weight Median結果為OR=0.982 3, 95%CI: 0.896 4～1.076 5,P=0.702 6; MR-Egger結果為OR=0.892 8, 95%CI: 0.767 8～1.038 2,P=0.200 7, 表明遺傳預測的COPD與GERD的發病率無顯著相關性; 敏感性分析表明遺傳變量間不存在異質性與多效性。見表2、圖1。

表2 敏感性分析結果

3 討 論

本研究采用MR研究方法對GERD與COPD的因果關聯進行分析,可以減少混雜因素的影響,并增強本研究結果的可靠性。正向MR分析結果顯示,遺傳預測的GERD患者可增加其COPD患病率[IVW結果(OR=1.305 7, 95%CI: 1.114 4～1.529 8,P=0.000 9), Weight Median結果(OR=1.259 9, 95%CI: 1.003 6～1.581 7,P=0.046 4)], 雖然MR-Egger結果(P=0.190 8)不支持該因果關聯,但有學者[10-12]認為MR分析中主要結果為陽性時,其他方法中暴露對結局的影響方向與主要結果一致也可認為結果為陽性。反向MR分析結果暫不支持COPD患者與GERD患病存在因果關聯。

GRED的發病率呈逐年上升趨勢,但通常表現為口腔有酸味、喉嚨痛、聲音嘶啞、咳嗽、喘息等非典型癥狀,尤其在沒有其他明顯原因的情況下,在臨床中極易被忽視[13]。近年來,越來越多的證據[4, 13]表明GERD與各種非消化道疾病有一定的關聯。有研究[14-15]認為GERD患者長期受胃內容物反流、微誤吸的影響,可能導致支氣管和肺部組織發生慢性炎癥,隨著時間的推移而進展為COPD。同時,研究[16-17]表明GERD可導致COPD的進展,并可能加重已存在的COPD病情,造成COPD患者再入院次數增加,而COPD患者近1年內加重次數增多會加重心臟功能損害,導致生活質量進一步下降。GERD還與其他呼吸系統疾病相關聯,如慢性咳嗽[18]、哮喘[19]、阻塞性睡眠呼吸暫停綜合征[20]等。REYNOLDS C J等[21]和ZHU J等[22]研究明確了GERD是肺纖維化的危險因素,能增加肺纖維化的患病風險。因此,明確GERD在呼吸疾病中潛在的關聯及機制有助于預防、管理以及治療呼吸疾病。

本研究的反向MR分析結果與現有的觀察性研究相悖。研究[23]表明COPD患者GERD患病率較高,是COPD的合并癥之一,據統計COPD患者GERD患病率為17%～78%。原因可能為: 一方面,COPD患者因呼吸方式的改變,肺部過度充氣可能導致胃食管抗反流屏障失衡,促使反流的發生[5, 23]; 另一方面, COPD患者長期服用的藥物如皮質類固醇、茶堿、β2受體激動劑、抗毒蕈堿藥等本身就能降低食管括約肌壓力而促進反流的發生[5, 24-28]。COPD患者因病情反復遷延不愈而易出現焦慮、抑郁等心理問題,進而促進胃酸分泌增多,這也可能影響GERD的發生。研究[29]報道加用氟哌噻噸美利曲辛片聯合舒肝解郁膠囊治療難治性GERD的方案能有效緩解其相關臨床癥狀。殷江龍等[30]通過文獻計量分析發現心理負性情緒與GERD的關聯研究成了新的熱點話題。此外,吸煙作為COPD與GERD的共同危險因素,也影響著二者的關聯。

與傳統的觀察性研究比較,本研究更有效地消除了反向因果關系及混雜因子的影響,盡管MR可以減少混雜,但仍然受到遺傳工具變量選擇的限制。此外,本研究主要基于歐洲人群的數據,可能不適用于其他人群。同時,本研究也缺乏分層深入討論。

總之,本研究為GERD與COPD的潛在因果關系提供了證據,為干預提供理論基礎, MR研究顯示GERD確實是COPD的一個風險因子,治療GERD可能會有助于預防或延緩COPD的進展。