2型糖尿病與年齡相關性黃斑變性之間的因果關系:一項孟德爾隨機化研究

劉 釗,王秋元,謝 仟,蔡善君

0 引言

年齡相關性黃斑變性(age-related macular degeneration,ARMD)是老年人群低視力乃至失明的主要原因[1]。目前全球ARMD的總患病率約為8.69%(年齡45～85歲),預計到2040年,患者數量將增長至2.88億[2]。因此,對于ARMD危險因素的研究及預防成為目前臨床工作中的重要研究方向。2007年, Klein等[3]進行的一項觀察性研究發現,糖尿病病史與晚期滲出性ARMD的發病相關。但Chakravarthy等[4]進行的一項薈萃分析表明,糖尿病病史與ARMD的發病無明確聯系。分析上述研究結果的差異可能是由于觀察性流行病學研究中固有的偏見或混雜因素(如樣本量小,人口統計特征的異質性,反向原因和選擇偏見)導致的。盡管隨機對照試驗是確定暴露與結果之間因果關系的黃金標準,但由于混雜因素和反向因果關系,依然可能出現偏差[5]。因此,本研究利用單核苷酸多態性(single nucleotide polymorphisms,SNPs)作為工具變量(instrumental variables,IVs),結合孟德爾隨機化(Mendelian randomization,MR)分析的方法研究暴露(T2DM)和結果(ARMD)之間的關系[6-7]。與傳統的觀察性研究相比,MR不容易受到混雜因素的影響。

1 資料和方法

1.1資料本研究數據使用FinnGen數據庫(https://www.finngen.fi/en)中全基因組關聯分析(Genome Wide Association Study, GWAS)公共可用數據,納入暴露(T2DM)公共可用數據集(病例組17268例,對照組184778例,歐洲人群),同時根據《中國年齡相關性黃斑變性臨床診療指南(2023年)》[2]將結局(ARMD)公共可用數據集分為滲出性ARMD數據集(病例組2114例,對照組206601例,歐洲人群)和萎縮性ARMD數據集(病例組2469例,對照組206221例,歐洲人群)。研究設計滿足以下條件:(1)遺傳工具可預測目標暴露(P<5×10-8);(2)遺傳工具與潛在的混雜因素無關;(3)遺傳工具僅通過目標暴露影響結果[7]。

1.2方法

1.2.1SNPs的篩查IVs的篩查條件:P<5×10-8,連鎖不平衡(LD,r2≤0.001),滿足Hardy-Weinberg平衡(H-W),遺傳距離<10 000kb。收集每個SNP的主要等位基因、等位基因頻率、β值、P值和標準誤差[8]。計算IVs的F值,確保F>10的IVs被納入研究,以避免弱IVs所引起的偏差[9]。此外,通過Phenosanner平臺篩查后發現rs55993634與ARMD存在關聯,予以排除。經數據協調后,最終本研究納入30個SNPs。

1.2.2MR分析方法采用逆方差加權(inverse variance weighted,IVW)、加權中位數(weighted median,WM)、MR-Egger回歸并結合森林圖分析T2DM與ARMD之間的潛在關系以保證結果的可靠性[10-11]。當P<0.05時證明暴露(T2DM)與結果(ARMD)之間存在因果關系[10-11]。

1.2.3敏感性分析采用Cochran Q檢驗的P值判斷分析結果是否存在異質性,當P≥0.05時,認為因果分析不存在異質性[12-14]。漏斗圖也用于檢測異質性,當SNPs分布對稱時表示結果不存在異質性[13-14]。多效性通過MR-Egger回歸進行評估,并結合散點圖中MR-Egger回歸截距進行分析[13]。此外,為了評估每個SNP的影響,使用留一分析計算每個SNP的綜合影響[7]。

2 結果

2.1MR分析IVW分析顯示,T2DM與滲出性ARMD的發病存在聯系,且增加了滲出性ARMD的發病風險(OR=1.14,95%CI1.01～1.28,P=0.021),MR-Egger回歸分析結果(OR=1.30,95%CI1.01～1.67,P=0.049)支持上述結論。盡管WM分析結果(OR=1.10,95%CI0.93～1.30,P=0.257)并無統計學意義,但其結果的方向與上述兩種分析方法相同(表1),由于IVW分析結果最具判斷價值,且該結果與森林圖相吻合(圖1),因此認為T2DM與滲出性ARMD的發病相關。IVW、WM、MR-Egger回歸分析結果均顯示,T2DM與萎縮性ARMD的發病無相關性。上述結果表明,T2DM患者發生滲出性ARMD的風險增加,但與發生萎縮性ARMD無明顯聯系。

圖1 SNPs森林圖分析 A:滲出性ARMD;B:萎縮性ARMD。

表1 T2DM與ARMD發病風險之間因果關系的MR分析結果

2.2敏感性分析異質性分析結果顯示,對于滲出性ARMD,IVW分析(Cochran Q=24.68,P=0.694)和MR-Egger回歸分析(Cochran Q=23.38,P=0.713)均未出現異質性;對于萎縮性ARMD,IVW分析(Cochran Q=30.99,P=0.365)和MR-Egger回歸分析(Cochran Q=29.07,P=0.408)也均未出現異質性。多效性分析結果顯示,滲出性ARMD(Intercept=-0.018,P=0.264)和萎縮性ARMD(Intercept=-0.020,P=0.184)的分析結果均不存在多效性。散點圖分析也證明了上述結果(圖2)。漏斗圖表明可能的干擾因素對因果聯系產生影響的可能性較小(圖3)。留一敏感性分析表明,依次剔除T2DM的每個SNP后,剩余的SNPs對分析結果未產生顯著影響(圖4)。

圖2 SNPs散點圖分析 A:滲出性ARMD;B:萎縮性ARMD。

圖3 T2DM與ARMD基因預測漏斗圖 A:滲出性ARMD;B:萎縮性ARMD。

圖4 SNPs留一分析 A:滲出性ARMD;B:萎縮性ARMD。

3 討論

本研究通過雙樣本MR分析發現,T2DM與滲出性ARMD發生之間存在潛在因果關系,為后續進一步研究提供了有利的參考。

IVW方法評估每個SNP對結果的影響,并以結果作為權重進行Meta分析,以評價綜合因果效應[15]。本研究中,IVW假設認為這些SNPs無多效性,同時考慮到GWAS的結果多為表型標準化后做出來的,故認為結果和暴露之間是正比例關系,此外,IVW的統計效能也最具有參考價值[15]。因此,本研究將IVW分析作為MR分析的主要方法,將WM、MR-Egger回歸以及森林圖分析作為補充分析方法以提高研究結果的可靠性。本研究發現,T2DM患者發生滲出性ARMD的風險增加,但與萎縮性ARMD的發生無明顯聯系。Lee等[16]通過一項回顧性隊列研究也同樣證明T2DM患者發生滲出性ARMD的幾率增加。但Chakravarthy等[4]通過一項大型Meta分析發現,糖尿病病史與ARMD的發生發展之間并無確定聯系。導致上述研究結果差異的原因可能是樣本量、人口統計特征的異質性及選擇偏見等,本研究通過MR分析T2DM與ARMD之間的潛在聯系,有效避免了上述干擾因素,使得分析結果更具參考價值。

如果研究結果存在異質性則表明分析結果受到混雜因素的干擾導致數據的準確性受到影響[17]。因此,本研究采用Cochran Q檢驗的P值以及漏斗圖進行異質性分析,結果表明,對于滲出性ARMD,IVW分析(Cochran Q=24.68,P=0.694)和MR-Egger回歸分析(Cochran Q=23.38,P=0.713)均未出現異質性,同樣,對于萎縮性ARMD,IVW分析(Cochran Q=30.99,P=0.365)和MR-Egger回歸分析(Cochran Q=29.07,P=0.408)也均未出現異質性。同時,漏斗圖表明SNPs分布基本對稱,進一步證明本研究結果受到其他混雜因素干擾的可能性較小,MR分析結果可靠。此外,MR分析的基本原則是IVs只通過暴露影響結果,如果IVs可以避開暴露直接影響結果,則該MR分析結果無意義[17]。根據研究結果是否存在多效性可以判斷該原則成立與否,因此,本研究通過MR-Egger回歸截距進行了多效性檢測,研究結果表明,滲出性ARMD(Intercept=-0.018,P=0.264)和萎縮性ARMD(Intercept=-0.020,P=0.184)的分析結果均不存在多效性,進一步證明了本研究結果的有效性及可靠性。

ARMD是老年人群低視力乃至失明的主要原因[1],2040年全球ARMD患者數量預計將達到2.88億[2]。我國70歲以上人群ARMD的患病率為20.2%[18],且隨著我國人口老齡化的加劇,ARMD患者數量也在持續上升。對于早期及中期ARMD,既往研究發現補充抗氧化維生素、葉黃素、玉米黃質及礦物質等可延緩視力損傷速度及減少視力嚴重下降的患者比例[19-24]。因此,ARMD的早期診斷干預及積極監測對于該病的預后至關重要。據國家統計局第七次全國人口普查數據[25]顯示,2020 年我國老年人口(≥60歲)占總人口的18.7%(2.604億),其中約30%的老年人罹患糖尿病且T2DM占5%以上。隨著人口老齡化的不斷加劇及科學的不斷進步,部分學者開始分析T2DM與ARMD這兩種老年性疾病之間的聯系,但既往研究對于兩者的關系仍存有爭議[3-4,16],目前尚不能明確T2DM與ARMD的發病是否存在可能的聯系。同時,尚無大型隨機對照研究系統性分析及比較T2DM與ARMD發病之間的因果關系。

本研究通過MR分析T2DM與ARMD發病之間可能的因果關系以期為后續臨床工作提供參考。結果表明,T2DM與滲出性ARMD的發病存在潛在聯系,T2DM可能促進滲出性ARMD的發生。結合既往研究結果認為T2DM可能通過引起視網膜微血管的損傷及視網膜結構的改變最終促進滲出性ARMD的發生[26],同時晚期糖基化終末產物的積累和氧化應激或線粒體功能障礙等炎癥反應對血流動力學的干擾也與ARMD的發生發展密切相關[27-28]。因此,應該鼓勵T2DM患者規律地進行眼底病專科復診以密切監測滲出性ARMD及糖尿病相關性視網膜病變的發生。此外,建議及早篩查T2DM以預測發生滲出性ARMD的風險有利于更多的T2DM無癥狀患者早期診斷,早期治療。

綜上所述,本研究結果表明T2DM與滲出性ARMD之間存在因果關系。由于ARMD具有高致盲率,認識和控制ARMD的危險因素對降低其患病率及早診早治具有重要意義。