双向孟德尔随机化分析总胆固醇升高风险与胆石症发生风险的关系.docx

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1、胆道疾病DOI:10.12449/JCH240322双向孟德尔随机化分析总胆固醇升高风险与胆石症发生风险的关系赵伟伟L2,杜晓旭戈宏读,1内蒙古民族大学临床医学院，内蒙古通辽0280002兴平市汤坊镇卫生院，陕西兴平7131003内蒙古民族大学医学院，内蒙古通辽028000三f言储:物颍，gehongyan_1999(ORQD:00-0003-3691-2805)摘要：目的运用双向孟德尔随机化评估总胆固醇升高风险与胆石症发生风险之间的关联方法总胆固醇与胆石症相关的单核甘酸多态性数据来自OPengwas公共雌库，对基于全基因组相关联研究(GWAS)的所有，匚总数据进行二次数据分析，分别选择与总胆

2、固醇或者胆石症密切关联的遗传位点作为暴露或者结局变量，用Egger回归法、加权中位数法、IVW随机效应模型、IVW固定效应模型等方法进行双向孟德尔随机化分析，以。国直评价总胆固醇和胆石症之间的因果关系。结果以总胆固醇为暴露、胆石症为结局，去除异质性前总胆固醇-胆石症的总体OR=O.91z95%C:0.85-0.97;去除异质性后总胆固醇-胆石症的总体O8=093,95%C.0.89-0.97.以fl旦石症为暴露、总胆固醇为结局，去除异质性前胆石症-总胆固醇的总体OR=O.20,95%C:0.06-0.65;去除异质性后胆石症-总胆固醇的总体OR=Q.28,95%C:0.10-0.83.基因预测

3、的总胆固醇和胆石症之间存在双向因果关系.结论本研究证实了总胆固醇与胆石症之间的双向因果关系，随着遗传上有关能使总胆固醇水平升高的等位基因的增加，发生胆石症的风睑降低反之，随着遗传上有关能使胆石症发病增高的等位基因的增加，总胆固醇水平升高的风险降低。关键词：总胆固醇；胆石症；双向孟德尔随机化分析Associationbetweentheriskofincreaseintotalcholesterolandtheriskofcholelithiasis:AbidirectionalMendelianrandomizationstudyZHAOWeiwei2,DUXiaoxur,GEHongyarP

4、.(1.CollegeofClinicalMedicine,InnerMongoliaMinzuUniversity,Tongliao,InnerMongolia028000,China;2.TangfangTownshipHospital,XingpinglShaanxi713100,China;3.MedicalCollege,InnerMongoliaMinzuUniversity,Tongliao,InnerMongoIia028000,China)Correspondingauthor:GEHongyan,gehongyan1999(3)(ORCID:0000-0003-3691-2

5、805)Abstract:ObjectiveToinvestigatetheassociationbetweentheriskofincreaseintotalcholesterol(TC)andtheriskofCholelitbiasisbyusingbidirectionalMendelianrandomization(MR).MethodsTheopengwaspublicdatabasewasusedtoobtainthesinglenucleotidePOIymOfPhiSmdataassociatedwithTCandcholelithiasis,andasecondarydat

6、aanalysiswasperformedforallsummarydataofgenome-wideassociationstudies.TbegeneticlocicloselyassociatedwithTCorcholelithiasiswereselectedasexposureoroutcomevariables,andthebidirectionalMRanalysiswasperformedusingthemethodssuchasEggerregressi,Weightedmedian,IVWrandomeffectsmodel,andIVWfixedeffectsmodel

7、,withoddsratio(OR)valuesforealuatingthecausalrelationshipbetweenTCandcholelithiasis.ResultsWithTCastheexposureandcholelithiasisastheoutcome,TC-ChoIeIithiasishadanoverallORvaIueof0.91(95%confidenceintervalCl:0.850.97)beforeeliminationofheterogeneityand0.93(95%C:0.890,97)aftereliminationofheterogeneit

8、y.WithcholelithiasisastheexposureandTCastheoutcome,TC-ChoIeIithiasishadanoverallORvalueof020(95%C:0.060.65)beforeeliminationofheterogeneityand028(95%C:0.100.83)aftereliminationofheterogeneity.TherewasabidirectionalcausalrelationshipbetweengeneticallypredictedTCandcholelithiasis.CondusionThisstudycon

9、firmsthebidirectionalcausalrelationshipbetweenTCandcholelithiasis.TheriskofcholelithiasisdecreaseswiththeincreaseinallelesassociatedwiththeelevationofTClevel;onthecontrary,theriskofelevatedTCleveldecreaseswiththeincreaseinallelesassociatedwiththeonsetOfcholelithiasis.Keywords:TotalCholesterol;Giolel

10、ithiasis;BidirectionalMendelianRandomizationAnalysis胆石症发病率在中西方国家都比较高，在西方国家一些大城市的医院中，大约有10%的成年人患有胆石症田。目前关于胆石症的风险因素有很多研究，但在这些研究中存在互相矛盾的地方，如有的研究m认为较低的总胆固醇水平是胆石症的危险因素，但有的研究【3】认为较低胆固醇水平是胆石症的保护性因素关于胆石症对总胆固醇水平的影响和因果关系尚未得到证实已有的研究大多依靠传统的观察性研究得出关联结论。传统的观察性研究由于本身的缺陷，受到大量混杂因素的干扰，因此本研究引入孟德尔随机化(MR)来进行因果推断，MR利用等位基

11、因在减数分裂时随机分配到子代的原理模拟随机对照试验，从而规避了不同混杂因素对暴露和对照的影响I4.MR在观察性研究中使用遗传变异作为工具变量来检测和量化因果关系。本研究使用双向孟德尔随机化(bidirectionalMR)来探索总胆固醇水平和胆石症之间的风险关系和因果推断。1资料与方法1.1数据来源与研究设计通过搜索OPengwas(https:/gwas.mrcieu.ac.uk/datasets)数据库中有关总胆固醇水平和胆石症相关的全基因组相关联研究(GWAS)汇总数据，得到两组样本量相对较大和单核首酸多态性(SNP)个数比较多的GWAS数据，具体信息见表12将其中一组数据中的任意一个G

12、WAS数据和另外一组数据中的任意一个GWAS数据进行组合，得到四种不同的暴露和结局的组合。利用设计的bidirectionalMR模型来评估暴露和结局(总胆固醇和胆石症)之间的风险关系和因果懒M图6StandardMRBidirectionalMRU注：左侧，三SMR;谢bidirectionalMR.Gx,可案露X对结果Y的因果影响.Gyi工具变量，可用于估计展露丫对结果X的因果影响。U:混杂因素.假设1,与暴露显著相关；假设2,与混杂因素不相关；假设3,与结局不相关。图1bidirectionalMR的模型图Figure1ModeldiagramofbidirectionalMendeli

13、anrandomization1.2工具变量的选择从全基因组(GWAS)上获得P5x10-8水平的与暴露相关的遗传变异。该遗传变异必须满足MR分析的三大假设:(1)关联性假设，SNP与暴露强相关；(2)独立性假设，遗传变异与影响暴露和结局”的混杂因素相独立；(3)排他性假设，遗传变异只能通过暴露对结局发生作用，而不通过其他途径设置连锁不平衡参数(r20OO1),即两个SNP之间是完全连锁平衡的(这两个SNP的分配是完全随机的遗传距离设定为10000kb以选择SNP1从而确保其独立性，并排除连锁不平衡(linkagedisequilibrium,LD)对结果触响。表1总胆固醇GWAS数据汇总信息

14、Table 1 SummaryoftheGWASdatafortotalcholesterol数超来源种族来源样本SSNP个数公布时间PMlD或数隔曦全球脂质遗传学协会(GLGC)混合人群18736524469822013年24097068代谢组学研究(met)欧洲人群II5078123218752020年Trait:TotalChoIesteroI-EUOpenGWASproject(mrcieu.ac.uk)表2胆石症GWAS数据汇总信息Table 2 SummaryoftheGWASdataforcholelithiasis数据来源种族来源SsSNP个数公布时间PMID或辘链接英国生物银

15、行(Ukb)欧洲人群337199108945962017年Trait:Diagnoses-mainICDlO:K80ChoIeIithiasis-IEUOpenGWASproject(mrcieu.acUk)芬兰生物银行(finn)欧洲人群214167163804522021年Trait:GioIeIithiasis-IEUOpenGWASproject(mrcieu.acUk)通过GWAS提取满足MR三大假设的SNP,合并暴露与结局的数据集，并删除回文SNP。最后剩余的SNP即为指代暴露的最佳工具变量。1.3 bidirectionalMR方案本研究分为两部分，第一部分分别以表1总胆固醇GW

16、AS数据为暴露、表2胆石症GWAS数据为结局，应用MR分析方法中的Egger回归法、中位数加权法、逆方差加权法随机效应模型和固定效应模型等主要方法来初步计算因果效应值（b值）、OH值及95%C瞥。然后将上述暴露和结局调换，以胆石症GWAS数据为暴露、以总胆固醇水平GWAS为结局进行MR分析。第二部分将第一部分的数据去除异质性后做同样分析。1.4 敏感性分析用MR分析R包对所涉及的SNP进行C。ChransQ检验，用于评估个体遗传变异之间的异质性o如果Cochran/sQ检验的PQ.05,代表基因间存在异质性可能。一般来说当异质性很大（P0.OOl）的时候，需要使用随机效应模型，当异质性小的时候

17、，使用固定效应模型。检测SNP的水平多效性，当P数，件同上；户10即为强工具变量，F10为弱工具变量0在两样本MR研究中,I2GX统计量比传统F统计量更合适MR-Egger回归方法，用MR-Egger方法计算I2GX对于Egger回归法来说，Pgx值越高，检测定向多效性和因果效应的能力越强，弱工具变量偏差可能性越小7。以上所有方法学及可视化图形均采用R4.2.3版本获得。2结果2. 1总胆固醇水平和胆石症之间因果关系的初步分析以表1中GLGC或met的总胆固醇GWAS数据为暴露，用R软件选择P0.05外，大部分P005,具有统计学意义0总体OR1,其95%Ckl,可知总胆固醇对胆石症具有负向因

18、果关系。2.2胆石症和总胆固醇水平之间因果关系的初步分析以表2中Ukb或finn的胆石症GWAS辘为暴露，表1中GLGC或met的总胆固醇GWAS数据为结局得到MR结果（图3）,显示因果效应b值为负，代表胆石症和总胆固醇是负相关，大部分PQ.05,具有统计学意义。总体OR1,其95%C10（表3）,证明本次研究所选取的所有工具变量均为强工具变量。由表2可见全部数据都存在异质性（P值均0.05）,但小部分数据MR-Egger截距值与零相差较大，也不排除总体方向多效性的存在，可能会导致这部分MR分析结果的偏差，待去除离群SNP后观察能否消除这部分数据的偏倚。2.4总胆固醇和胆石症之间去除异质性后因

19、果分析将以总胆固醇为暴露、胆石症为结局所得到的SNP用MR-PRESSo方法去除离群SNP后再重复分析，可得MR结果（图4）,nSNP个数较前减少，b值均0,代表总胆固鲫口胆石症是负相关，大部分P0.05,具有统计学意义。总体,其95%C1f可知去除异质性后总胆固醇水平对胆石症仍具有负向因果关系。2.5胆石症和总胆固醇之间去除异质性后因果分析将以胆石症为暴露、总胆固醇为结局所得到的SNP用MR-PRESSo方法去除离群SNP后再重复分析，可得MRSubgroup11SNPbOA(95%C)PGLGCukbMR-Egger860.00793i0.9921048(0.9845504-0.99971

20、72)0.04526Weightedmedian86-0.004150.9958541(0.9931412-0.9985744)0.236IVW-mre86-O.OOS740.9942753(0.9895853-0.9989876)0.017317IVWJe860.00574J0.99427S3(0.9927135-0.99S8396)8.19E-13met-finnMR-Egger580.32595一0.721845(0.3939818-1.3225476)0.295922WeightedmedianSe-0.139841T0.869497(0.76216430.9950515)0.0390

21、4IVWmre5-0.29914T；0.7414542(0.5412769-1.015662)0.062433IvWJeSe-0.29914,0.7414542(0.6864792-0.8008318)2.72E-14GLGC-finn一MR-Eqger84-0.3690410.6913956(0.440441-1.085339)0.112548Weightedmedian84-0.156240.8553566(0.770157-0.949982)0.3517IVWmre84-0.3176IJ-；0.7278978(0.552272-0.959373)0.024171IvW_fe84-0.31

22、7590.7278978(0.687885-0.77023S)3.42E-28met-ukbMR-Egger59.0.81180.9919147(0.9798519-1.004126)0.19869Weightedmedian59-0.0044980.9955122(0.991a6-0.9991515)0.015694IVW_mre59-0.0074510.9925767(0.986546-0.9986444)0.016563IVWJe59-0.007451J0.9925767(0.9903515-0.994807)7.67E-11total0.91(0.85-0.97)o.s1.5OA(95

23、%C)注：MR-Egger,Egger回归法；Weightedmedian,力眼中位数法；IVW_mre,随机效应模型;IVWJe,固菽fc国魁.11SNP,SNP个数图2以总胆固醇为暴露、胆石症为结局的MR结果图Figure 2 MRresultsof4methodswithTCastheexposureandcholelithiasisastheoutcomeSubgroupSNPbCW5%GPukb-GLGCMR-Egger11-8.0813060.000309267(0,00446-0.21365)0.0384Weightedmedian11-6.2633720.001904812(0

24、.000629-0.005768)1.57E-28wv-mre11-3.255411*0.0385649480.00035-4.2546)0.1749IVWJe11-3255411-0.03856495(0.018295-0.0812952)1.17E-17fnn-metMR-Egger29-0.063816T0.9381777(0.8640771-1.018633)0.14Weightedmedian29-0.08148500.9217466(0.9021388-0.9417805)1.10E-13!VWmre29-O.O483O3T0.9S28455(0.90S3304-1.28543)0

25、.064vw.fe29-0.0483030.9S28455(0.9419329-0.9638845)2.05E-16fmn-GLGCMREgger21-0.127340.880431(0.78044-0.993234)0.0523Weightedmedian210.128370.879S280.864531-0.89474)1.80E-48!VWmre21-0.091925I0.912173(0.84103-0.989335)0.026Sivw_fe21-0.0919250.912173(0.90117-0.923311)7.42E-50ukb-metMR-Egger11-4.417898.0

26、.0120S96(0.021727-0.669357)0.0595Weightedmedian11-3.714579*0.0243657(0.0095752-0.06224)6.44E-15lVW-mre11-1.8700430.1541171(0.0084293-2.817802)0.2070IVWJe111.870043*0.1541171(0.0794037-0.2991306)3.26E-Oetotal0.20(0.06-0.65)-00010.515FOfl(%C0图3以胆石症为暴露总胆固醇为结局的MR结果图Figure 3 MRresultsof4methodswithcholel

27、ithiasisastheexposureandTCastheoutcome结果（图5）,SNP蚀皎前减少，b值均0,代表胆石同Q总胆固醇是负相关的，大部分P0.05,具有统计学意义。总体OR1,其95%C10,产值得到很大提升，除了GLGGfinn和met-ukb这两对暴露-结局数据的异质性较大（P005）,其他的数据均不存在表3去除离群SNP前每对暴露-结局数据的工具变量评价及异质性分析结果TabIe3ReSUltSOfFP,FandheterogeneityanalysisforeachPairOfexpose-outcomedatabeforeremovingOUHierSNP暴露结局

28、总用瞄异质性检验（三）多效性检验（哨）MR-Egger截距值I2GX总胆固醵（GLGC）胆石症（Ukb）0.01942.29L05310-110.476910.00097.4%胆询Ukb）总胆固醇（GLGC）0.00123.91278710-790.091800.02697.4%-三三三g(met)胆璘（fnn）0.01428.572.322x10-30.919210.00094.5%胆石症（Ann）,三B(met)0.00427.00L13210-9三0.637830.00397.0%总胆固醇（GLGC）旦石症（6nn）0.01941.940.0000.777270.00397.5%胆石症（

29、finn）总胆固醇（GLGC）0.332.957.713101770.441850.00998.1%胆石症（Ukb）0.01529.218.971X10-580.902060.093.5%胆询Ukb）,三g(met)0.00123.917.42810360.129680.01497.2%SubgroupCSNPbO(95%C)PGlGOukbMR-Eger76-0.004225.0.9957835(0.992915-0.9986606)0.00534015Weightedmedian760.0041285-0.99S8(0.993244-0.9985234)0.00226872IVWjnre7

30、6-0.003S2-0.9964862(0.994653-0.9983225)0.00017873IVWJe76-0.003520.9964862(0.994843-0.9981321)0.000029097met-finnMR-Egger410.16126，I0.8510672(0.712813-1.01614)0.08237039Weightedmedian41-0.13828，0.87085750.762164-0.99505)0.04205927ivw_mre410.180850.8345631(0.755394-0.92203)0.00037604ivw_fe41-0.18085,0

31、.8345631(0.762714209132)0.008239GIGEnnMR-Eger70-0.171W0.8425776(0.751262-0.944993)0.00465433Weightedmedian700.1579，0.8539423(0.767786-0.949767)0.00361625IVW_mre700.19078.0.8263167(0.767572-0.889SS8)3.97E-07IVWJe70-0.19078.0.8263167(0.777491-0.878209)8.29E-10me4.84393610.00787599(0.0009041-0.068612)0

32、.0Olfinn-metMR-Egger15*0.031392I0.969096(0.928S087-1.0114563)0.174030Weightedmedian15-0.037632-0.963067(0.9378043*0.9890109)0.005S2IVWJnre15-0.0400640.960728(0.9433918-0.9783828)0.0016IVW.fe15-0.0400640.960728(0.942Sll0.9792898)0.0041fin-GlGCMR-EQger8YM50599T0.860193(0.707597-1.0456%)0.181406Weighte

33、dmedian8-0.0317840.96fl716(0.917595-1.022686)0.250544IvWjnre8-0.0459910.955051(0.919073-0.992437)0.036614IVWJe8-0.0459910.955051(0.919073-0.992437)0.018900UiCI)-metMR-Egger6-3.8938S60920667(0.0000211974.6)0,542609I0.1819566(0.0293805-1.12688)0.0670110.1690398(0.030450.9J841)0.042084CVWJe61.777621.一0

34、.1690398(0.043246-0.6607449)0.0105950.28(0.10-0.83)0.0010.5152网95%G图5以胆石症为暴露、总胆固醇为结局去除异质性后的MR结果图Figure 5 MRresultsof4methodsafterromovingheterogeneitywithcholelithiasisastheexposureandTCastheoutcome表4去除离群SNP后每对暴露-结局数据的工具变量评价及异质性Table4Resultsoffl2.Fandheterogeneityanalysisforeachpairofexpose-outcomed

35、ataafterremovingoutlierSNP暴露结局总件F值异质性检验（嘴）多效性检验（嘴）MR-Egger截距值I2GX总胆固醇（GLGC）胆石症（Ukb）0.017040.910.0744230.5344060.00097.6%胆璘（Ukb）总月旦固醇（GLGC）0.000217.390.5234010.3620180.0290.0%S三SI(met)胆石症（fnn）0.9526.850.1549220.793729-0l95.5%胆石症（finn）总!聊I(met)0.1620.290.5520980.664215-0.00184.7%总胆固醵（GLGC）胆石症（fnn）0.01

36、5039.740.0070470.663828-0,297.7%胆石症（finn）总胆固醇（GLGC）0.0922.320.2650420.3233170.00363.3%,三(met)胆石症（Ukb）0.014030.110.0135130.8971680.00093.8%胆石症（ukb）,时胆固肝（met）0.000316.220.1615750.7327520.0060.0%030AS：笠：wr婷i黑:;At-n-X.t0.20O0.30痘0.10OA0.20IOO0.05.0.105A98OB0.000.00a.1MWtggeiWigtedZz(S注：a,总胆酶水平和胆石症之间去除异质

37、性前后户值变化;b,胆石症和总胆固醇之间去除异质性前后户值变化;before,去除异质性前;after,去除异质性后.图6去除异质性前、后4种MR方法的尸值改变Figure 6 ThechangeofPvaluesofMRbeforeandaftertheremovalofheterogeneity来的影响o本研究所用数据研究不区分性别，但有研究【1）表明雌激素是胆石症明显的危险因素，女性更容易患胆结石，下一步可研究不同性别的总胆固醇水平GWAS数据与胆石症GWAS数据之间的关系。本研究分为两部分，一部分为未去除异质性探究暴露与结局的关系，另一部分为去除异质性后探究暴露与结局的关系。以met和finn这组黝三为例，其IVWJe方法所得bQ,OR=O.74,P=O.06o而去除异质性后可得b0,OFl=O.83,P=Q.00038,说明去除异质性后，既能得