【摘 要】目的：采用兩樣本孟德爾隨機化（mendelian randomization，MR）方法探究哮喘和慢性阻塞性肺疾病（chronic obstructivepulmonary disease，COPD）間是否存在因果關(guān)系。方法：從全基因組關(guān)聯(lián)研究（genome-wide association studies，GWAS）匯總數(shù)據(jù)中篩選出與哮喘強相關(guān)的單核苷酸多態(tài)性（single nucleotide polymorphism，SNP）作為工具變量，采用逆方差加權(quán)法（inverse variance weighted，IVW）作為主要分析方法，MR-Egger法、加權(quán)中位數(shù)法、簡單模型和加權(quán)模型作為輔助分析方法，以評價哮喘和COPD發(fā)病風險之間的因果關(guān)系，同時采用孟德爾隨機多態(tài)性殘差和離群值（mendelian randomization pleiotropy residualsum and outlier，MR-PRESSO）檢驗檢測是否存在離群的SNP，MR-Egger截距測試、Cochran Q檢驗評估工具變量的水平多效性和異質(zhì)性。結(jié)果：共納入61個SNP，IVW結(jié)果顯示，哮喘是COPD的危險因素（OR=1.146，95%CI=1.023-1.283，P=0.020；OR=1.153，95%CI=1.003～1.326，P=0.045），其余4種輔助分析方法的結(jié)果與IVW方法顯示的結(jié)果一致，MR-PRESSO檢驗、CochranQ檢驗、MR-Egger截距測試以及留一法的結(jié)果均顯示了結(jié)果的穩(wěn)定性。結(jié)論：哮喘是COPD的危險因素。

【關(guān)鍵詞】哮喘；慢性阻塞性肺疾??；孟德爾隨機化；全基因組關(guān)聯(lián)研究

【中圖分類號】R563 【文獻標志碼】A 【收稿日期】2024-01-01

慢性阻塞性肺疾病（chronic obstructive pulmonarydisease，COPD）是一種對全球健康構(gòu)成重大威脅的慢性呼吸系統(tǒng)疾病，以其特征性的持續(xù)性氣流阻塞為標志。全球疾病負擔研究顯示，2017年慢性呼吸系統(tǒng)疾病已成為世界上第三大死因，而COPD則是慢性呼吸道疾病的主要致死因素。中國40歲以上成年人COPD 患病率高達13.7%，這一高患病率和死亡率給社會帶來了巨大的公共衛(wèi)生負擔[1-2]。

COPD通常被認為與吸煙、環(huán)境污染暴露等外在因素，以及肺部異常發(fā)育、遺傳等內(nèi)在因素有關(guān)，同時還受到抑郁癥、肥胖等疾病的影響[3-4]。此外，COPD在臨床表現(xiàn)方面主要表現(xiàn)為肺功能下降和喘息等癥狀，這些特點與哮喘存在很多相似之處，因此很難區(qū)分這2種疾病。實際上，COPD 和哮喘可以同時存在，形成哮喘和慢性阻塞性肺疾病重疊（asthma-chronic obstructive pulmonary disease overlap，ACO）。1項韓國隊列研究發(fā)現(xiàn)，在嚴重哮喘患者中，出現(xiàn)ACO 的概率高達12.5%，ACO 患者肺功能更差，急性加重更頻繁[5]。這一發(fā)現(xiàn)不僅揭示了哮喘和COPD之間可能存在某種關(guān)聯(lián)，還提示了減少二者合并出現(xiàn)的重要性。既往較多的研究集中在探討兒童哮喘與COPD 發(fā)生發(fā)展的潛在關(guān)系上[6-8]。當然，也有部分研究發(fā)現(xiàn)具有哮喘病史的成人在晚年患COPD的可能性增加[9-10]。因此，進一步明確二者之間的因果關(guān)系，有助于為COPD及合并癥患者提供更科學的臨床管理方案。

孟德爾隨機化（mendelian randomization，MR）是一種新興的臨床研究方法，其與隨機對照試驗（randomizedcontrolled trial，RCT）有著相似的研究設(shè)計和目的，利用與暴露、結(jié)局相關(guān)的遺傳變異數(shù)據(jù)作為工具變量，通過遺傳變異的隨機分配來實現(xiàn)隨機化處理，最終達到估算暴露因素和結(jié)局之間因果關(guān)系的目的[11]。另外，MR研究克服了RCT研究耗時耗力的問題，不涉及倫理規(guī)范，同時，相較于觀察性研究，這種獲得因果關(guān)系的方法能夠更好地控制混雜因素，具有更高的可靠性。因此，本課題組選取哮喘和COPD樣本，進行MR分析，以明確哮喘是否對COPD的發(fā)病風險產(chǎn)生因果效應(yīng)。

1 資料與方法

1.1 研究設(shè)計

這項MR研究的設(shè)計思路見圖1。該方法基于3個核心假設(shè)：工具變量與暴露變量強相關(guān)；工具變量與混雜因素無關(guān)；工具變量不能直接影響結(jié)局，只能通過暴露變量與結(jié)局發(fā)生關(guān)聯(lián)[12]。

1.2 數(shù)據(jù)來源

哮喘和COPD的遺傳工具變量分別來源于EBI數(shù)據(jù)庫和FinnGen數(shù)據(jù)庫，二者皆可通過https：//gwas.mrcieu.ac.uk/獲取，其中研究對象均為歐洲人。具體而言，暴露變量為哮喘，總樣本量為408 422例，其中包括56 167例哮喘患者和352 255 例對照。結(jié)局變量為COPD，主要選取早期COPD（患者發(fā)病年齡lt;65歲）和晚期COPD（患者發(fā)病年齡≥65歲）2個表型，其中早期COPD的病例組為3 508例，對照組為212197 例；晚期COPD 的病例組為3 087 例，對照組為212 197例，見表1。

1.3 工具變量的選擇

在工具變量的篩選過程中，首先按照Plt;0.001的標準篩選，然后通過去除連鎖不平衡（遺傳距離=10 000 kb、r2lt;0.001）篩選出80個單核苷酸多態(tài)性（single nucleotide polymorphism，SNP）。接下來，使用PhenoScanner 數(shù)據(jù)庫（http：//www.phenoscanner.medschl.cam.ac.uk/）剔除與混雜因素相關(guān)的SNP。最后為了保證所選的SNP與COPD發(fā)生風險具有強相關(guān)性，并避免弱工具變量產(chǎn)生偏倚，本課題組以F 統(tǒng)計量[F=R2×（N-2）（/ 1-R2）]gt;10為不存在弱工具變量偏倚。

1.4 孟德爾隨機化分析

采用R4.2.3中的“TwoSampleMR”包進行統(tǒng)計分析。在這項研究中，用逆方差加權(quán)法（inverse variance weighted，IVW）、MR-Egger、加權(quán)中位數(shù)法、簡單模型和加權(quán)模型用于雙樣本孟德爾隨機化分析，以評估哮喘與COPD 的因果關(guān)系，其中以IVW方法的結(jié)果作為主要參考。另外，本課題組應(yīng)用Cochran Q檢驗評估工具變量的異質(zhì)性，MR-Egger截距評估水平多效性，孟德爾隨機多態(tài)性殘差和離群值（mende‐lian randomization pleiotropy residual sum and outlier，MRPRESSO）檢驗評估是否存在潛在的離群值，最后，通過留一法通過每次去除單個SNP來評估該遺傳變異對整體因果效應(yīng)的影響。

2 結(jié) 果

2.1 工具變量

本課題組根據(jù)條件篩選（Plt;0.001，r2lt;0.001，遺傳距離=10 000 kb）并剔除與混雜因素相關(guān)的SNP后，篩選出與哮喘相關(guān)的工具變量共61個，具體SNP信息見圖2。所有工具變量的F 統(tǒng)計值都大于10，這表明研究結(jié)果不受弱工具變量偏倚的影響。

2.2 孟德爾隨機化分析結(jié)果

IVW 結(jié)果提示，哮喘會增加COPD 的發(fā)病風險（OR=1.146，95%CI=1.023～1.283，P=0.020；OR=1.153，95%CI=1.003～1.326，P=0.045），此外，加權(quán)中位數(shù)法也得到了同樣的結(jié)果（OR=1.246，95%CI=1.051～1.467，P=0.011）。MR-Egger 回歸、簡單模型和加權(quán)模型3種回歸模型Pgt;0.05，差異無統(tǒng)計學意義，但它們的β 值與IVW結(jié)果β 值符號方向一致，提示5種方法所得的因果效應(yīng)方向一致，從而支持了哮喘與COPD之間的因果關(guān)系。具體見表2、3、圖3。

2.3 敏感性分析

使用Cochran’s Q 檢驗以檢測異質(zhì)性，結(jié)果顯示，IVW（P=0.598，P=0.067）和MR-Egger 回歸（P=0.564、P=0.057），工具變量間無明顯異質(zhì)性（Pgt;0.05）。MR-Egger截距分別為-0.003，0.002（Pgt;0.05），表明工具變量不存在水平多效性。MR-PRESSO 結(jié)果進一步確保了IVs 中無異常SNP（Pgt;0.05）。漏斗圖基本對稱，表明SNP 不存在異質(zhì)性。采用Leave-one-out法分析單個SNP對整體結(jié)果的影響，逐一去除SNP后，結(jié)果無明顯變化。以上表明結(jié)果具有顯著的可靠性。具體見圖4、圖5。

3 討 論

目前，針對哮喘和COPD關(guān)系的研究較多集中在ACO 的診斷與治療上，而ACO 的出現(xiàn)是否涉及二者相互轉(zhuǎn)化。另外，二者是否互相影響。本課題組從這些問題出發(fā)，利用2樣本MR方法研究了哮喘和COPD之間的因果關(guān)系。通過GWAS數(shù)據(jù)中的SNP作為工具變量，采用IVW進行主要分析，從遺傳學的角度表明哮喘是COPD 的危險因素。但在COPD對哮喘影響的反向MR研究中，未篩選到有意義的SNP，因此不能雙向評估COPD和哮喘之間的因果關(guān)系。

小氣道的表面積遠遠大于大氣道，通常來說小氣道對總氣道阻力貢獻小，被稱為“沉默區(qū)”。近年來，小氣道被認為是哮喘和COPD氣流阻塞的主要部位[13]。早期COPD患者往往僅有小氣道的阻塞，臨床癥狀不明顯，此時呼吸功能的改變不能被肺功能儀檢測到，而從小氣道阻塞緩慢發(fā)展到第1 秒用力呼氣量（forced expiratory volume in the firstsecond，F(xiàn)EV1）下降階段往往需要數(shù)十年[14]。這為兒童哮喘可能會增加成年早期COPD的發(fā)生風險提供了支持[15]。因為哮喘本身會造成小氣道發(fā)生炎癥、充血水腫、平滑肌痙攣等病變，但是因為哮喘患兒引起的小氣道病變，可能往往需要幾十年才能影響到大氣道，表現(xiàn)出COPD的體征[16]。同樣地，在研究中發(fā)現(xiàn)，哮喘與早期COPD的發(fā)生風險呈正相關(guān)。COPD的晚期階段通常是疾病最嚴重的時候，除了小氣道阻塞，大氣道的病變和肺部組織的顯著破壞可能導(dǎo)致患者呼吸困難等癥狀明顯加重[17]。而哮喘或許通過氣道炎癥和結(jié)構(gòu)改變等機制影響晚期COPD 的發(fā)展[18]。本研究也證實了，哮喘和晚期COPD之間存在因果關(guān)聯(lián)。

然而目前哮喘促進COPD發(fā)生發(fā)展的具體機制仍不清楚，可能涉及氣道炎癥和氣道重塑。哮喘是一種反復(fù)發(fā)作性疾病，氣道高反應(yīng)性和氣道炎癥常持續(xù)存在于患者體內(nèi)，控制不佳的哮喘會伴隨炎癥反應(yīng)的過度發(fā)生，出現(xiàn)氣道黏液高分泌、氣道痙攣等系列病理變化，導(dǎo)致氣道重構(gòu)，進行性地從可逆性氣流阻塞發(fā)展到氣道的永久性阻塞，而不可逆的氣流阻塞是COPD 的重要特點[19-20]。此外，免疫系統(tǒng)在哮喘和COPD的發(fā)病和發(fā)展中同樣發(fā)揮著關(guān)鍵作用。既往研究發(fā)現(xiàn)，在哮喘中，上皮細胞間的緊密連接的破壞、上皮細胞脫落以及病原體的更深穿透，可觸發(fā)免疫細胞反應(yīng)的持續(xù)發(fā)生[21]。這些免疫反應(yīng)可能導(dǎo)致氣道炎癥的持續(xù)存在和氣道收縮，為COPD的進展創(chuàng)造了環(huán)境。多項研究表明，自身免疫在COPD的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮著重要作用[22]。Bu T等[23]研究發(fā)現(xiàn)，先天性免疫細胞可調(diào)節(jié)氣道炎癥、細菌定植以及氣道重塑，從而在COPD進展期間導(dǎo)致進行性氣流阻塞。不僅如此，有研究表明，肺部的CD8+ T 細胞產(chǎn)生的促炎介質(zhì)可能會促進穩(wěn)定型COPD的發(fā)生發(fā)展[18，24]?？偟膩碚f，持續(xù)的氣道炎癥和免疫細胞的異?；顒涌赡苁窍龠MCOPD發(fā)生發(fā)展的重要機制之一，進一步深入研究將有助于更好地理解這2種肺部疾病之間的關(guān)聯(lián)，從而為未來的預(yù)防和治療提供更多科學依據(jù)。

這項研究與先前觀察性研究結(jié)果一致，但其使用公開GWAS數(shù)據(jù)，節(jié)約了時間和經(jīng)濟成本，減少了哮喘通過作用于混雜因素造成COPD發(fā)生的可能性，結(jié)果可靠性和穩(wěn)定性更強。然而，盡管本研究在疾病因果關(guān)系的探討上取得了重要進展，但仍然存在一些局限性。首先，納入對象為歐洲人群，推斷的因果關(guān)系可能不適用于其他種族群體；再者，本研究采用的GWAS數(shù)據(jù)缺乏哮喘表型等具體信息，無法進行亞組分析；最后，生物學機制的探討無法在這項研究中實現(xiàn)。

綜合而言，本MR設(shè)計為哮喘是COPD的危險因素提供了證據(jù)支持。然而，哮喘通過何種機制增加COPD發(fā)病風險的問題仍需要更深入地探索。期望未來研究聚焦在深入理解這些機制的基礎(chǔ)上，提出新的治療和干預(yù)策略，以防止或減緩肺功能惡化。

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（責任編輯：曾 玲）