張熙然,袁韋辰,李祥瑞,徐菲兒,趙芳坤

0 引言

孟德?tīng)栯S機(jī)化(Mendelian randomization,MR)是一種評(píng)價(jià)暴露與臨床結(jié)果之間因果關(guān)系的方法,它以與特定性狀具有強(qiáng)關(guān)聯(lián)的基因作為工具變量(instrument variables,IVs)[1],代替暴露因素代入回歸模型進(jìn)行分析,從而間接得出暴露與結(jié)局的因果關(guān)系。由于基因是配子形成之時(shí)隨機(jī)分配的,出生后受外界環(huán)境影響很小,且基因與暴露之間只存在單向關(guān)系,因此MR可以避免混雜因素、反向因果、選擇偏倚以及誤差衰減的干擾[2]。在眼科學(xué)領(lǐng)域,MR分析主要用于病因?qū)W研究,包括但不限于環(huán)境、性狀、微生物等對(duì)特定眼病發(fā)生、發(fā)展和轉(zhuǎn)歸的影響,為眼科疾病的治療和預(yù)后提供新思路。本文就MR在常見(jiàn)眼病及其暴露因素研究中的應(yīng)用做一系統(tǒng)綜述,基本信息見(jiàn)表1。

表1 孟德?tīng)栯S機(jī)化在常見(jiàn)眼病中的應(yīng)用

1 過(guò)敏性結(jié)膜炎

過(guò)敏性結(jié)膜炎(allergic conjunctivitis,AC)是結(jié)膜受到變應(yīng)原刺激而產(chǎn)生變態(tài)反應(yīng)的現(xiàn)象,脫離過(guò)敏原后可自行緩解,部分過(guò)敏體質(zhì)的患者可同時(shí)有濕疹、過(guò)敏性鼻炎等一系列過(guò)敏癥狀。

目前,MR被用于研究常見(jiàn)過(guò)敏原花粉、塵螨外的其他環(huán)境抗原對(duì)過(guò)敏性結(jié)膜炎的影響。Zhou等[3]通過(guò)設(shè)計(jì)雙向兩樣本MR分析得出特應(yīng)性皮炎會(huì)導(dǎo)致結(jié)膜炎(過(guò)敏性結(jié)膜炎OR值為1.53,特應(yīng)性結(jié)膜炎OR值為1.76,慢性結(jié)膜炎OR值為1.76),而結(jié)膜炎卻不會(huì)導(dǎo)致特應(yīng)性皮炎的發(fā)生,從而確定二者間的因果關(guān)系。Liu等[4]通過(guò)逆方差加權(quán)(IVW)估計(jì)等方法得出腸道菌群雙形霍爾德曼氏菌(Holdemanella)等參與免疫調(diào)節(jié),降低過(guò)敏性結(jié)膜炎發(fā)病率;而顫螺菌屬(oscillospira)則會(huì)產(chǎn)生與炎癥性疾病相關(guān)的物質(zhì),增加過(guò)敏性結(jié)膜炎的發(fā)病率。一項(xiàng)同時(shí)應(yīng)用多變量與單變量的兩樣本MR分析顯示,體內(nèi)多不飽和脂肪酸的種類(lèi)、數(shù)量對(duì)過(guò)敏性疾病的發(fā)生有一定影響[5]。在考慮年齡、經(jīng)濟(jì)水平、體質(zhì)量指數(shù)及日常行為習(xí)慣的前提下,Omega-3脂肪酸對(duì)AC的發(fā)生有保護(hù)作用,而Omega-6:3脂肪酸則會(huì)增加AC的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)。Zhang等[6]通過(guò)IVW等方法得出注意缺陷多動(dòng)障礙與過(guò)敏性結(jié)膜炎無(wú)關(guān)的結(jié)論。以上這些相關(guān)因素的發(fā)現(xiàn)為過(guò)敏性結(jié)膜炎病因?qū)W研究提供了新方向,也為其預(yù)測(cè)性治療、靶向防治等提供了新思路。

2 白內(nèi)障

白內(nèi)障(cataract)是全球首位致盲性眼病,約占全部致盲原因的51%[7]。長(zhǎng)期以來(lái),人們一直認(rèn)為生活方式及其導(dǎo)致的代謝性疾病對(duì)白內(nèi)障的發(fā)病有重要影響。一項(xiàng)為期11 a的跟蹤觀察研究表明,吸煙和飲酒等不良生活習(xí)慣會(huì)導(dǎo)致白內(nèi)障的發(fā)病率年輕化,進(jìn)而推斷這些不良生活方式促使白內(nèi)障的發(fā)生[8]。Yuan等[9]通過(guò)MR研究得出肥胖、2型糖尿病、高收縮壓、吸煙可增加年齡相關(guān)性白內(nèi)障風(fēng)險(xiǎn)的結(jié)論。然而,一項(xiàng)雙樣本MR研究表明,體質(zhì)量指數(shù)、2型糖尿病和高血壓與白內(nèi)障的發(fā)生并無(wú)關(guān)聯(lián),也沒(méi)有足夠的證據(jù)表明吸煙或飲酒與白內(nèi)障有關(guān)[10]。此外,對(duì)于這些因素與不同部位白內(nèi)障的關(guān)系,觀察性研究和孟德?tīng)栯S機(jī)化得出了不同的結(jié)論。約翰霍普金斯大學(xué)進(jìn)行的一項(xiàng)觀察性研究顯示[8],糖尿病和高收縮壓是導(dǎo)致后囊下白內(nèi)障的危險(xiǎn)因素(RR分別為2.2和6.6)。隨后,Lim等[11]利用MR分析,證實(shí)肥胖與皮質(zhì)和后囊下白內(nèi)障有關(guān),但與核性白內(nèi)障無(wú)關(guān)。以上偏差可能由于檢測(cè)方法不同、樣本量不夠大、樣本有重疊、受試人群不具普遍性等造成,提示我們尚需更合理的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行進(jìn)一步分析研究,減小誤差。

3 青光眼

青光眼(glaucoma)是僅次于白內(nèi)障的第二大致盲眼病,也是不可逆性致盲的最主要病因[12]。目前,學(xué)者多對(duì)脂類(lèi)代謝、咖啡因攝入以及近視等暴露因素與原發(fā)性開(kāi)角型青光眼(primary open angle glaucoma,POAG)的因果聯(lián)系進(jìn)行MR分析。

關(guān)于脂類(lèi)代謝異常對(duì)青光眼的影響,觀察性研究得出結(jié)論尚存爭(zhēng)議[13-15]。Xu等[16]通過(guò)MR分析得出低密度脂蛋白膽固醇(LDL-C)、高密度脂蛋白膽固醇(HDL-C)、甘油三酯與POAG無(wú)因果關(guān)系,即血脂水平與POAG無(wú)關(guān)的結(jié)論。Bao等[17]通過(guò)兩樣本MR分析216 257名歐洲參與者的基因序列得出結(jié)論,二十二碳六烯酸(DHA)等十項(xiàng)脂肪酸與POAG均無(wú)因果聯(lián)系。Nusinovici等[18]通過(guò)兩樣本MR分析同樣得出常規(guī)檢查的血脂(HDL-C、LDL-C等)與POAG無(wú)關(guān),除此之外,他們還發(fā)現(xiàn)小型高密度脂蛋白膽固醇HDL3-C與POAG有顯著關(guān)聯(lián),HDL3-C水平越高,POAG發(fā)病率越低。

病理性眼壓增高是青光眼的主要危險(xiǎn)因素,而咖啡因?qū)τ谘蹓河兄匾绊憽Ｒ豁?xiàng)安慰劑對(duì)照、雙盲試驗(yàn)[19]指出不常攝入咖啡因的人群在攝入咖啡因后可能造成眼壓急劇升高。而一項(xiàng)隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)[20]表明一杯咖啡(大約182 mg咖啡因)的攝入對(duì)于健康人或是有青光眼家族史的參與者均無(wú)顯著影響。Li等[21]通過(guò)兩樣本MR分析得出結(jié)論,咖啡因攝入在基因?qū)用嫔吓cPOAG有關(guān)聯(lián),咖啡因攝入量越高,患POAG的風(fēng)險(xiǎn)越大。而Kim等[22]對(duì)英國(guó)生物樣本庫(kù)(UK Biobank)的數(shù)據(jù)進(jìn)行MR分析后得出結(jié)論,習(xí)慣性咖啡因攝入不會(huì)增加患青光眼的風(fēng)險(xiǎn),但會(huì)升高有易感基因者的眼壓,增加有家族遺傳病史者患青光眼的風(fēng)險(xiǎn)。綜上所述,有青光眼,特別是POAG家族史的人群應(yīng)注意咖啡因的攝入,注意監(jiān)測(cè)眼壓。

目前全球近視人口數(shù)量龐大,高度近視在年輕人群中發(fā)病率逐漸增高[23]。相關(guān)研究表明,近視是青光眼發(fā)病的重要影響因素。一項(xiàng)Meta分析[24]得出結(jié)論,近視者患POAG的概率約為非近視者的2倍。另有分析[25]得出近視程度與POAG的關(guān)聯(lián)度為1.88(OR值),即近視每增加1.00 D,患POAG的風(fēng)險(xiǎn)增加20%。Choquet等[26]通過(guò)設(shè)計(jì)兩樣本MR分析得出結(jié)論,近視患者患POAG風(fēng)險(xiǎn)更大,二者存在因果聯(lián)系;與對(duì)照組相比,POAG患者中有高度近視的人更多;且在病因?qū)W上近視與POAG有共同遺傳密碼。Chong等[27]通過(guò)多種MR模型得出近視與IOP、POAG的雙向因果聯(lián)系,并提出對(duì)青光眼患者進(jìn)行降眼壓治療可以對(duì)近視的治療有一定益處。

4 葡萄膜疾病

前葡萄膜炎(anterior uveitis)包括虹膜炎、虹膜睫狀體炎和前部睫狀體炎三種類(lèi)型,是葡萄膜炎的最常見(jiàn)類(lèi)型。在病因?qū)W上,遺傳因素對(duì)前葡萄膜炎的發(fā)病起到重要作用。有證據(jù)表明,急性前葡萄膜炎與人類(lèi)白細(xì)胞抗原HLA-B27密切相關(guān)[28]。Meng等[29]通過(guò)雙向MR設(shè)計(jì)、IVW等方法校正偏倚后得出克羅恩病、潰瘍性結(jié)腸炎都會(huì)增加虹膜睫狀體炎的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn),且發(fā)病機(jī)制上克羅恩病與虹膜睫狀體炎關(guān)聯(lián)更強(qiáng);反之虹膜睫狀體炎不會(huì)導(dǎo)致克羅恩病、潰瘍性結(jié)腸炎發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)升高,提示炎癥性腸病患者應(yīng)定期進(jìn)行眼部檢查,早期發(fā)現(xiàn)病情。Shu等[30]通過(guò)MR分析得出亞油酸可以預(yù)防幼年特發(fā)性關(guān)節(jié)炎相關(guān)虹膜睫狀體炎,而花生四烯酸則會(huì)促使其發(fā)生。Lin等[31]通過(guò)兩樣本MR設(shè)計(jì)得出,低T細(xì)胞免疫球蛋白黏蛋白-3(TIM-3)表達(dá)水平或會(huì)對(duì)前葡萄膜炎起到保護(hù)作用。這些研究發(fā)現(xiàn)為前葡萄膜炎的發(fā)病機(jī)制提供更多可能,也為其病因?qū)W治療指明新方向。

5 視網(wǎng)膜病變

5.1年齡相關(guān)性黃斑變性年齡相關(guān)性黃斑變性(age-related macular degeneration,ARMD)是造成不可逆性視力永久性損害甚至致盲的最常見(jiàn)原因之一。依據(jù)臨床表現(xiàn)和黃斑區(qū)病理改變可分為干性和濕性?xún)煞N類(lèi)型。研究表明,血脂代謝、屈光不正等對(duì)ARMD的發(fā)病影響較大。

自20世紀(jì)60年代被列為重要致病因素以來(lái),脂類(lèi)代謝對(duì)ARMD的影響一直是研究的熱點(diǎn)。玻璃膜疣是干性ARMD的特征性表現(xiàn),而脂類(lèi)則是玻璃膜疣的重要組成成分[32]。觀察性研究已證實(shí)HDL-C與ARMD的發(fā)病呈正相關(guān)[33-34],但由于樣本數(shù)量、干擾因子等原因,其他脂類(lèi)成分如LDL、甘油三酯等對(duì)ARMD的作用尚存在爭(zhēng)議[35-36]。Fan等[37]對(duì)41 452例參與者(歐洲33 976例,亞洲7 476例)的基因數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并得出結(jié)論,HDL-C與ARMD有直接因果聯(lián)系,OR值為歐洲人1.17,亞洲人1.58。而LDL-C和甘油三酯與ARMD無(wú)直接關(guān)聯(lián)。Burgess等[38]通過(guò)兩樣本MR分析得出HDL-C是ARMD的危險(xiǎn)因素,OR值為1.22,發(fā)病原因主要與血漿膽固醇酯轉(zhuǎn)移蛋白(CETP)基因表達(dá)的抑制和變異有關(guān),而脂肪酶(LIPC)基因變異可能起反作用。

研究表明,屈光不正與早、中期ARMD有關(guān),且OR值較低(OR<1);與晚期ARMD無(wú)顯著聯(lián)系[39-40]。另有研究[41-44]表明屈光不正中遠(yuǎn)視與ARMD患病呈正相關(guān),而近視則為保護(hù)因素,即ARMD發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)為遠(yuǎn)視>正視>近視。其發(fā)病率可能與眼軸長(zhǎng)度、內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)因子濃度、鞏膜硬度有關(guān)。一項(xiàng)兩樣本MR分析顯示,近視、遠(yuǎn)視與ARMD的因果關(guān)聯(lián)很小,該研究對(duì)126個(gè)多態(tài)基因片段進(jìn)行IVW分析,結(jié)果顯示遠(yuǎn)視每增長(zhǎng)1.00 D,ARMD患病率增加約8%,OR值為1.08[45]。這些結(jié)論提示屈光不正特別是遠(yuǎn)視患者更要注意ARMD的發(fā)生,定期檢查。

與此同時(shí),Kuan等[46]通過(guò)設(shè)計(jì)兩樣本MR分析得出抽煙、喝酒會(huì)增加患ARMD風(fēng)險(xiǎn),而戒煙則會(huì)降低患病風(fēng)險(xiǎn)。劉釗等[47]以IVW為主要研究方法得出2型糖尿病與滲出性ARMD存在因果聯(lián)系,是其危險(xiǎn)因素,而與萎縮性ARMD無(wú)明顯聯(lián)系。Han等[48]通過(guò)全基因組分析(GWAS)得出血清C反應(yīng)蛋白升高,各亞型ARMD患病率都升高的結(jié)論。這些結(jié)論揭示了更多易感因素,為ARMD的預(yù)防做出貢獻(xiàn)。

5.2糖尿病視網(wǎng)膜病變糖尿病視網(wǎng)膜病變(diabetic retinopathy,DR)是糖尿病最常見(jiàn)的微血管并發(fā)癥之一,分為非增生型(NPDR)和增生型(PDR)兩種,高血壓、高血糖、血脂異常等均為其危險(xiǎn)因素[49]。有研究[50]進(jìn)行5 a隨訪后得出結(jié)論,雷珠單抗治療的患者黃斑水腫性視力下降和視野缺損的發(fā)生率更低。Shi等[51]通過(guò)雙向雙樣本MR分析得出2種上游調(diào)控因子:白介素-8(IL-8)和重組人干細(xì)胞生長(zhǎng)因子β(SCGFb),以及6種下游影響因子會(huì)增加患PDR風(fēng)險(xiǎn)。Skol等[52]利用MR分析確定血糖反應(yīng)基因座與DR有關(guān)聯(lián),腫瘤抑制基因?yàn)V泡蛋白(FLCN)基因座為DR易感基因。Liu等[53]則從腸道微生物入手,通過(guò)GWAS和MR研究得出克里斯藤森菌(christensenellaceae)、消化球菌科(peptococcaceae)等菌群與DR發(fā)病有因果聯(lián)系。這些致病因素或可成為DR的生物標(biāo)志物,并為其治療方法的設(shè)計(jì)提出更多可能。

6 近視

近視(myopia)的患病人數(shù)在全球范圍內(nèi)激增。東亞和東南亞地區(qū),青年人群的近視率高達(dá)80%-90%,且有10%-20%為高度近視[54]。到本世紀(jì)末,近視患者可達(dá)全球人口的三分之一[55]。

教育一直被認(rèn)為是近視的重要致病因素。Morgan等[56]指出MR可用于研究受教育年限與近視患病率升高間的因果關(guān)系,而隨機(jī)臨床試驗(yàn)已證實(shí)一定的戶(hù)外活動(dòng)時(shí)間是其重要的保護(hù)因素。此外,電子產(chǎn)品的大規(guī)模使用、父母患近視等都是個(gè)體發(fā)生近視的危險(xiǎn)因素。Mountjoy等[57]通過(guò)設(shè)計(jì)雙向MR分析探究教育時(shí)間與屈光不正之間的因果關(guān)系,并得出結(jié)論,受教育時(shí)間延長(zhǎng)是近視的風(fēng)險(xiǎn)因素,具體表現(xiàn)為每多受1 a教育,近視程度增加-0.27 D。Plotnikov等[58]則通過(guò)MR分析得出,遠(yuǎn)視與受教育的關(guān)系是非線性的,且輕度遠(yuǎn)視并不會(huì)影響主要的受教育程度。

Li等[59]通過(guò)設(shè)計(jì)兩樣本MR分析得出脂聯(lián)素水平下降及糖化血紅蛋白(HbA1c)水平的升高會(huì)使近視發(fā)病率升高,提示嚴(yán)格的血糖控制可以控制近視的發(fā)展。Cuellar-Partida等[60]通過(guò)MR分析,將與25(OH)D水平有關(guān)的SNP作為工具變量,排除了以往研究中戶(hù)外運(yùn)動(dòng)的影響,探究維生素D缺乏本身是否影響近視的發(fā)生,得出在不受戶(hù)外運(yùn)動(dòng)干擾的前提下,維生素D缺乏與近視程度無(wú)關(guān)的結(jié)論。此外,一項(xiàng)單樣本MR分析表明,正常偏低的出生體質(zhì)量與近視有因果關(guān)聯(lián),但關(guān)聯(lián)很小[61]。

7 小結(jié)和展望

病因?qū)W研究是醫(yī)學(xué)科研的重要部分,風(fēng)險(xiǎn)因素的確定是采取有效措施對(duì)因治療、預(yù)防、提高患者生存質(zhì)量的關(guān)鍵。隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)具有較強(qiáng)的證據(jù)級(jí)別,被比作建立因果關(guān)系的“金標(biāo)準(zhǔn)”,卻因其高成本、可能存在倫理道德問(wèn)題等因素受到限制。觀察性研究中得出環(huán)境因素與疾病之間的相關(guān)性很容易,但判斷他們之間具有因果性卻頗為困難。主要在于:(1)外界環(huán)境存在潛在干擾因素未被控制;(2)本不具有因果關(guān)聯(lián)的兩個(gè)事物因表現(xiàn)出相關(guān)性而使結(jié)論的得出受到干擾,即無(wú)法排除體系中具有“假因果”的混雜因素;(3)因果關(guān)聯(lián)不僅包含由因到果還包括由果溯因,即不能排除反向因果的存在。盡管混雜因素可以通過(guò)回歸模型消除,倘其未被觀測(cè)到,或數(shù)量太大時(shí),回歸分析也難以得到完全不受偏倚影響的結(jié)論。同時(shí),由于反向因果會(huì)使因變量與自變量同時(shí)變化,常規(guī)的回歸分析無(wú)法得出結(jié)果。MR分析一方面可以較好地規(guī)避上述實(shí)際操作中的問(wèn)題,僅通過(guò)受試者的基因數(shù)據(jù)即可開(kāi)展研究,數(shù)據(jù)采集不受限;另一方面可以避免反向因果、外界混雜因素的干擾,較為準(zhǔn)確地判斷暴露因素與結(jié)局間的因果聯(lián)系,因此被廣泛用于眼科學(xué)及其他醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。同時(shí),眼部疾病種類(lèi)繁多,MR分析還可用于識(shí)別眼科疾病中不明確的危險(xiǎn)因素。

MR的應(yīng)用為眼科發(fā)病機(jī)制的研究提供了新的思路,其在眼科學(xué)研究中有著無(wú)可替代的地位。但是由于受試者的種族、基因種類(lèi)數(shù)目的局限性,現(xiàn)階段MR在眼病中的應(yīng)用范圍有限且僅停留于病因研究,缺少對(duì)于復(fù)雜疾病的病理生理學(xué)及相關(guān)轉(zhuǎn)化性研究,如藥物靶標(biāo)篩選的轉(zhuǎn)化,難以為臨床實(shí)際所用。但MR用于指導(dǎo)病因?qū)W研究方興未艾,將全基因組關(guān)聯(lián)分析與蛋白組學(xué)、代謝組學(xué)為代表的多組學(xué)分析相結(jié)合,以確定致病基因及潛在干預(yù)靶點(diǎn),或可成為MR在眼病學(xué)應(yīng)用的新思路。