宿茂偉, 鐘隆柱, 胡佳, 吳宏適

1廣州市荔灣中心醫(yī)院普外科(廣東廣州 510145); 2中山大學(xué)孫逸仙紀(jì)念醫(yī)院內(nèi)分泌科(廣東廣州 510120)

結(jié)直腸癌(CRC)在世界范圍內(nèi)是最常見的惡性腫瘤之一,全球發(fā)病率排名第3,病死率則高居第2,是消化系統(tǒng)惡性腫瘤中發(fā)病和病死率最高的一種[1]。每年有近900 000人因CRC而失去生命[2]。盡管CRC的確切致病機(jī)制和病因尚未完全明確,但人口老齡化、高收入國家的飲食習(xí)慣、肥胖、缺乏體育鍛煉和吸煙等不利因素都被認(rèn)為會增加CRC的患病風(fēng)險[3]。該疾病的早期檢出率較低,易于發(fā)生轉(zhuǎn)移,因此許多患者錯失了根治手術(shù)的機(jī)會,嚴(yán)重威脅著公眾的生命和健康[4]。因此,識別引發(fā)CRC的誘因?qū)︻A(yù)防、診斷和治療都至關(guān)重要。缺鐵性貧血(iron deficiency anemia,IDA)是全球范圍內(nèi)最常見且可治療的貧血類型之一[5]。全球約有一半的貧血病例與IDA相關(guān)[6]。貧血是由于血紅蛋白和紅細(xì)胞不足引起的疾病,可能導(dǎo)致組織缺氧和器官受損。IDA的典型癥狀包括皮膚蒼白(45%～50%)、疲勞(44%)、呼吸困難和頭痛(63%),其他癥狀和體征主要由低氧血癥引起,嚴(yán)重情況下,甚至可能在休息時引發(fā)呼吸困難、心絞痛,甚至危及生命[7-8]。越來越多的證據(jù)表明,IDA可能對其他疾病的臨床結(jié)果產(chǎn)生不利影響[8-10]。孟德爾隨機(jī)化(Mendelian randomization,MR)是一項重要的研究方法,特別是在流行病學(xué)領(lǐng)域。MR利用遺傳變異作為工具變量,用于推斷風(fēng)險因素是否對健康結(jié)果產(chǎn)生因果關(guān)系[11]。近年來,隨著基因組學(xué)的迅猛發(fā)展,MR方法備受研究者青睞,并廣泛應(yīng)用于危險因素與疾病結(jié)局之間的因果關(guān)聯(lián)研究中,這大大提高了病因?qū)W研究的效率和可行性。在這項研究中,我們采用MR方法來探討IDA對CRC發(fā)生的潛在影響。

1 資料與方法

1.1 研究設(shè)計 本研究于2023年3月至2023年10月,通過英國生物銀行(UK Biobank,UKB)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)篩選,采用孟德爾隨機(jī)化分析,以IDA為暴露因素,以CRC為結(jié)局,應(yīng)用全基因組關(guān)聯(lián)分析(genome-wide association study,GWAS)遺傳匯總數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,評估IDA與CRC之間潛在的因果關(guān)聯(lián)。

1.2 資料來源 在UKB數(shù)據(jù)庫篩選IDA和CRC數(shù)據(jù),選擇發(fā)生定義事件樣本量>3 000例且SNP檢測數(shù)量>100萬作為最終納入分析的數(shù)據(jù)集。IDA作為暴露因素。IDA是一項包含361 194例參與者共檢測11 553 874個SNP數(shù)量的UKB數(shù)據(jù)庫,選擇與IDA呈全基因組關(guān)聯(lián)的SNP作為工具變量(IV)。CRC為結(jié)局變量,關(guān)于CRC的遺傳關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)來自一項包含了377 673例參與者的GEAS,其中檢測的SNP數(shù)量為11 738 639,包含5 657例CRC病例。

1.3 工具變量IV的選擇 本研究工作變量IV的選擇根據(jù)以下標(biāo)準(zhǔn):(1)篩選的工具變量SNP與IDA表現(xiàn)達(dá)到全基因組顯著關(guān)聯(lián)(P<5×10-7)。(2)SNP之間不存在連鎖不平衡,kb=5 000,R2<0.001。(3)SNP與結(jié)局事件即至結(jié)腸癌之間無全基因組顯著關(guān)聯(lián)(P<1×10-2)。最終納入4個SNP作為工具變量進(jìn)行MR分析。通過F值評估工具變量,當(dāng)F>10提示工具變量為強(qiáng)工具變量,納入分析。

1.4 統(tǒng)計學(xué)方法 采用隨機(jī)效應(yīng)逆方差加權(quán)(inverse-variance weighted,IVW)方法、加權(quán)中位數(shù)法(weight median,WM)和MR-Egger回歸來計算風(fēng)險比(odds ratio,OR)和95%置信區(qū)間(confidence interval,95%CI),以評估IDA與CRC發(fā)病風(fēng)險的潛在因果關(guān)系。采用隨機(jī)效應(yīng)模型通過Cochran′s Q檢驗評估工具變量IV的異質(zhì)性,P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。采用MR-Egger回歸來探索篩選到的工具變量是否存在水平多效性,MR-Egger回歸的截距趨近于0或無統(tǒng)計學(xué)意義,提示不存在多效性。此外,應(yīng)用異常值檢驗(MR pleiotropy residual sum and outlier,MR-PRESSO)剔除離群值(P<0.05)。應(yīng)用R 4.3.1中的“Two Sample MR”“MRPRESSO”和“Mendelian Randomization”軟件包進(jìn)行MR統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果

2.1 MR分析數(shù)據(jù)來源 以IDA作為暴露因素。GWAS數(shù)據(jù)選擇來自UKB數(shù)據(jù)庫中的歐洲人群。本研究共納入2個IDA GWAS數(shù)據(jù)庫,2個數(shù)據(jù)庫均是由Neale lab提供,其區(qū)別在于IDA診斷標(biāo)準(zhǔn)存在差異。見表1。

表1 本研究GWAS數(shù)據(jù)庫和工具變量描述

2.2 MR分析工具變量篩選 以IDA作為暴露因素。通過設(shè)定P<5×10-7,R2<0.001以及kb=5 000條件為篩選工作變量,最終確定缺鐵性為暴露因素的工具變量為4個。工具變量在暴露因素及結(jié)局事件中的參數(shù)見表2。

表2 本研究暴露的因素篩選到的SNP列表

2.3 IDA與CRC的因果關(guān)系 IVW分析結(jié)果顯示,IDA與CRC的發(fā)病存在關(guān)聯(lián),且IDA增加了CRC的發(fā)病風(fēng)險(OR=1.284,95%CI:1.037～1.591,P=0.022),WM回歸分析結(jié)果(OR=1.269,95%CI:0.972～1.655,P=0.079)支持IVW結(jié)果。盡管MR-Egger回歸分析的結(jié)果(OR=1.056,95%CI:0.640～1.744,P=0.850)差異無統(tǒng)計學(xué)意義,但其結(jié)果提示IDA增加CRC發(fā)病風(fēng)險。此外,改變IDA的診斷標(biāo)準(zhǔn)后,結(jié)果提示IDA增加了CRC的發(fā)病風(fēng)險。上述結(jié)果表明,IDA人群發(fā)生CRC的風(fēng)險增加。見表3和圖1A、D。

注：A:CD10診斷IDA篩選到的SNP散點(diǎn)圖;B:CD10診斷IDA篩選到的SNP漏斗圖;C:CD10診斷IDA篩選到的SNP的森林圖;D:IDA篩選到的SNP散點(diǎn)圖;E:IDA篩選到的SNP漏斗圖;F:IDA篩選到的SNP的森林圖

表3 兩樣本MR分析IDA與CRC關(guān)系

2.4 敏感度分析 異質(zhì)性分析結(jié)果顯示,IVW分析IDA未出現(xiàn)異質(zhì)性。多效性分析結(jié)果顯示,IDA的分析結(jié)果不存在多效性。漏斗圖表明可能的的干擾因素對因果關(guān)系產(chǎn)生影響的可能性較小(圖1B、E)。留一敏感性分析結(jié)果提示,依次剔除IDA的每個SNP后,剩余的SNP對分析結(jié)果未產(chǎn)生顯著影響(圖1C、F)。

3 討論

IDA是常見的的貧血類型,是由于體內(nèi)鐵儲備不足或吸收不佳,從而導(dǎo)致紅細(xì)胞無法正常合成血紅蛋白。真核細(xì)胞中含有大量的鐵需求蛋白,如:鐵硫簇蛋白、血紅蛋白、核糖核苷酸還原酶(RNRS)等。這些蛋白質(zhì)利用鐵作為輔助因子,在DNA復(fù)制、DNA修復(fù)、代謝催化、鐵調(diào)節(jié)和細(xì)胞周期進(jìn)程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。鐵穩(wěn)態(tài)的破壞會損害這些需要鐵的蛋白質(zhì)的功能,并且與哺乳動物中以DNA修復(fù)缺陷為特征的疾病相關(guān)。參與DNA復(fù)制和修復(fù)的許多關(guān)鍵蛋白需要鐵,這些蛋白往往具有氧化還原活性功能抑或是穩(wěn)定局部結(jié)構(gòu)域的結(jié)構(gòu)成分[12]。研究表明,某些遺傳突變與CRC的風(fēng)險緊密相關(guān)。例如家族性腺瘤性息肉病(FAP)和遺傳性非息肉病(HNPCC)是兩種與CRC高度相關(guān)的遺傳疾病。這些疾病中存在特定的基因突變,如APC基因以及MLH1、MSH2等DNA修復(fù)基因的突變,這些突變可導(dǎo)致CRC的發(fā)生[13]。

鐵元素在建立有效免疫反應(yīng)中起著不可或缺的作用,它對免疫細(xì)胞的生長、增殖和分化至關(guān)重要的[14]。腫瘤細(xì)胞本身具有快速生長和繁殖的特點(diǎn),且能夠避免細(xì)胞凋亡。鐵缺乏會降低細(xì)胞內(nèi)NF-κB基因家族亞單位Re1A的磷酸化水平,并損害HIFs的脯氨酸羥化,導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞無限繁殖、轉(zhuǎn)移等[15-17]。鐵缺乏及其引起的缺氧能夠激活HIFs,這些HIFs通過上調(diào)與腫瘤血管生成和代謝重構(gòu)相關(guān)的靶基因來推動癌癥進(jìn)展[18-19]。另外,在實體腫瘤的生長、進(jìn)展和轉(zhuǎn)移過程中,HIF-1α發(fā)揮著關(guān)鍵作用[20],有研究發(fā)現(xiàn),鐵螯合劑去鐵胺甲磺酸鹽(DFO)誘導(dǎo)的細(xì)胞鐵耗竭已被證明會增加HIF-1α[21]。鐵缺乏可能會削弱免疫反應(yīng),增加腫瘤發(fā)生的風(fēng)險,并影響惡性腫瘤患者的預(yù)后和治療耐受性。此外,免疫細(xì)胞需要鐵作為產(chǎn)生髓過氧化物酶(MPO)和一氧化氮合酶等酶的輔因子。當(dāng)存在鐵缺乏時,這些酶的催化活性受到抑制,導(dǎo)致吞噬功能受損。因此,鐵缺乏可能會增加感染和腫瘤發(fā)生的風(fēng)險[22-25]。

研究表明,鐵缺乏會抑制T細(xì)胞的增殖和強(qiáng)效的抗腫瘤細(xì)胞因子IFN-γ的分泌,從而可能導(dǎo)致腫瘤發(fā)生及進(jìn)展[26]。不僅如此,鐵缺乏會損害細(xì)胞介導(dǎo)的免疫,為癌癥的發(fā)生和生長鋪平道路。當(dāng)鐵缺乏存在時,顯著的凋亡抗性標(biāo)志物——細(xì)胞色素-C氧化酶活性明顯降低[27]。因此,鐵缺乏相關(guān)的癌癥作用可能影響腫瘤的發(fā)生和進(jìn)展,也會影響細(xì)胞凋亡和治療反應(yīng)。而CRC作為一種惡性腫瘤,免疫系統(tǒng)可以幫助識別和清除體內(nèi)異常細(xì)胞,包括癌細(xì)胞。在鐵缺乏導(dǎo)致免疫系統(tǒng)受到破壞時,腫瘤細(xì)胞可逃避免疫系統(tǒng)的監(jiān)測和攻擊,可能會增加CRC的風(fēng)險或?qū)е缕浒l(fā)展。

綜上所述,低鐵水平伴隨IDA可能通過基因突變和免疫系統(tǒng)破壞的機(jī)制誘導(dǎo)CRC的發(fā)生。本研究首次通過Mendelian Randomization(MR)方法探索了IDA與CRC之間的因果關(guān)聯(lián),最大限度地減少了混雜和反向因果的影響,結(jié)果表明IDA是CRC發(fā)生的危險因素。在臨床實踐中,對于CRC高危人群,需要特別關(guān)注其血紅素水平、鐵元素、葉酸等的攝入,以預(yù)防CRC的發(fā)生。

利益相關(guān)聲明:不存在相關(guān)利益沖突。

作者貢獻(xiàn)說明:宿茂偉負(fù)責(zé)方案設(shè)計、數(shù)據(jù)資料收集與整理;鐘隆柱、胡佳負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析;吳宏適負(fù)責(zé)論文撰寫與修改。