肌肉減少癥與心力衰竭的因果關(guān)系：雙樣本孟德爾隨機(jī)化研究

鈕岳岳，艾克熱木·艾爾肯，李紅萍，李明昊，李琳軒，馮玲

作者單位：1.100053北京市，中國中醫(yī)科學(xué)院廣安門醫(yī)院干保科 2.100029北京市，北京中醫(yī)藥大學(xué)研究生院

肌肉減少癥的主要特征是骨骼肌紊亂，其在老年人群中普遍存在，且受到人們生活方式、疾病和遺傳因素的影響［1］。2019年，歐洲老年人肌肉減少癥工作組（European Working Group on Sarcopenia in Older People，EWGSOP）指出，肌肉減少癥主要表現(xiàn)為肌肉質(zhì)量降低、肌肉力量下降及身體功能受損［2］。歐洲心臟病學(xué)會(huì)（European Society of Cardiology，ESC）指南將心力衰竭定義為一種臨床綜合征，其典型癥狀為呼吸困難、踝關(guān)節(jié)腫脹和疲勞，可能伴有結(jié)構(gòu)性和/或功能性心臟異常體征，如頸靜脈壓升高、肺濕啰音和外周組織水腫，進(jìn)而導(dǎo)致靜息時(shí)或應(yīng)激時(shí)心排血量減少和/或心內(nèi)壓升高［3］。近年來，研究者開始關(guān)注肌肉減少癥與心力衰竭之間的關(guān)系。研究表明，慢性心力衰竭（chronic heart failure，CHF）患者肌肉減少癥患病率高達(dá)20%，且該類患者可能進(jìn)展為心臟惡病質(zhì)［4］。本研究采用雙樣本孟德爾隨機(jī)化（Mendelian randomization，MR）方法分析肌肉減少癥與心力衰竭的因果關(guān)系，以期為二者間的關(guān)系研究提供新的證據(jù)。

1 資料與方法

1.1 研究設(shè)計(jì)

本研究采用雙樣本MR方法，暴露因素為肌肉減少癥，結(jié)局為心力衰竭，主要探討肌肉減少癥相關(guān)特征與心力衰竭的因果關(guān)系。

1.2 數(shù)據(jù)來源

1.2.1 心力衰竭數(shù)據(jù)集

心力衰竭數(shù)據(jù)集來源于LEVIN等［5］研究，包括115 150例心力衰竭患者和1 550 331例健康對(duì)照者及18 071 518個(gè)單核苷酸多態(tài)性（single nucleotide polymorphism，SNP）；該研究中的大部分（82.0%）受試者來自6個(gè)不同的隊(duì)列或聯(lián)合組織（包括HERMES、Penn Medicine生物庫、eMERGE、Mount Sinai BioMe生物樣本庫、DiscovEHR隊(duì)列和FinnGen），為歐洲血統(tǒng)，其樣本重疊的可能性極小。

1.2.2 肌肉減少癥相關(guān)特征數(shù)據(jù)集

肌肉減少癥相關(guān)特征包括四肢瘦體重（appendicular lean mass，ALM）、握力和步行速度，分別反映肌肉質(zhì)量、肌肉力量和運(yùn)動(dòng)能力。其中ALM數(shù)據(jù)集來源于PEI等［6］進(jìn)行的一項(xiàng)全基因組關(guān)聯(lián)研究，其樣本量為450 243例，為歐洲血統(tǒng)，包含18 071 518個(gè)SNP；握力和步行速度數(shù)據(jù)集來源于英國生物樣本庫（https://data.bris.ac.uk/data/dataset/pnoat8cxo0u52p6ynfaekeigi），均為歐洲血統(tǒng)。其中左側(cè)握力樣本量為461 026例，包含9 851 867個(gè)SNP；右側(cè)握力樣本量為461 026例，包含9 851 867個(gè)SNP；步行速度樣本量為459 915例，包含9 851 867個(gè)SNP。

1.3 篩選工具變量

本研究篩選的工具變量——SNP應(yīng)滿足以下條件：（1）與肌肉減少癥相關(guān)特征具有強(qiáng)相關(guān)的SNP（以P＜5×10-8為閾值）；（2）基于1 000個(gè)基因組計(jì)劃的歐洲血統(tǒng)參考面板，去除連鎖不平衡（linkage disequilibrium，LD）的SNP（r2＜0.001且區(qū)域?qū)挾葹?0 000 kD）。（3）與其他潛在混雜因素?zé)o關(guān)的SNP；（4）選取F統(tǒng)計(jì)量＞10的SNP，以最大程度地去除弱工具變量［7］。（5）通過Phenoscanner網(wǎng)站（http://www.phenoscanner.medschl.cam.ac.uk/）檢索可能存在的混雜SNP，以免混雜因素引起潛在的多效性效應(yīng)。

1.4 MR方法

本研究主要采用逆方差加權(quán)法（inverse variance weighting，IVW）進(jìn)行MR，以分析肌肉減少癥相關(guān)特征與心力衰竭的因果關(guān)系，該方法假設(shè)所有SNP為有效的工具變量；其次，采用加權(quán)中位數(shù)法對(duì)因果關(guān)系進(jìn)行可靠估計(jì)，假設(shè)＞50%的SNP為有效的工具變量［8］；最后，采用MR-Egger回歸識(shí)別SNP水平多效性并校正多重效應(yīng)［9］。

1.5 敏感性分析

首先，采用CochranQ檢驗(yàn)評(píng)估SNP間的統(tǒng)計(jì)學(xué)異質(zhì)性［10］，若P＞0.05提示SNP間無統(tǒng)計(jì)學(xué)異質(zhì)性，采用固定效應(yīng)模型進(jìn)行MR；若P≤0.05提示SNP間有統(tǒng)計(jì)學(xué)異質(zhì)性，采用隨機(jī)效應(yīng)模型進(jìn)行MR。其次，采用MR-Egger截距法評(píng)估SNP的水平多效性［9］。最后，采用留一法檢測單個(gè)SNP對(duì)MR結(jié)果的影響。

1.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用R 4.2.2及R包（TwoSampleMR、MR-PRESSO）進(jìn)行MR研究，以分析肌肉減少癥相關(guān)特征與心力衰竭的因果關(guān)系，以O(shè)R及其95%CI表示效應(yīng)量。

2 結(jié)果

2.1 工具變量

本研究共篩選出556個(gè)與ALM強(qiáng)相關(guān)的SNP、147個(gè)與左手握力強(qiáng)相關(guān)的SNP、157個(gè)與右手握力強(qiáng)相關(guān)的SNP、54個(gè)與步行速度強(qiáng)相關(guān)的SNP。

2.2 肌肉減少癥相關(guān)特征與心力衰竭的因果關(guān)系

IVW分析結(jié)果顯示，ALM升高與心力衰竭發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)升高有關(guān)〔OR=1.05，95%CI（1.02～1.09），P=4.95×10-4〕，步行速度增快與心力衰竭發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)降低有關(guān)〔OR=0.33，95%CI（0.26～0.43），P=7.07×10-18〕；加權(quán)中位數(shù)法分析結(jié)果顯示，ALM升高與心力衰竭發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)升高有關(guān)〔OR=1.09，95%CI（1.05～1.14），P=3.25×10-5〕，步行速度增快與心力衰竭發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)降低有關(guān)〔OR=0.36，95%CI（0.27～0.48），P=5.13×10-12〕；MR-Egger回歸分析結(jié)果顯示，ALM升高與心力衰竭發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)升高有關(guān)〔OR=1.11，95%CI（1.03～1.19），P=3.82×10-3〕，但步行速度增快與心力衰竭發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)降低無關(guān)〔OR=0.92，95%CI（0.34～2.51），P=0.869）。IVW、加權(quán)中位數(shù)法、MR-Egger回歸分析結(jié)果均顯示，左側(cè)握力和右側(cè)握力與心力衰竭發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)無關(guān)（P＞0.05），見圖1。

圖1 ALM、握力、步行速度與心力衰竭因果關(guān)系的森林圖Figure 1 Forest plot of the causality between ALM，grip strength，walking speed and heart failure

2.3 敏感性分析

CochranQ檢驗(yàn)結(jié)果顯示，與ALM、左側(cè)握力、右側(cè)握力、步行速度強(qiáng)相關(guān)的SNP間有統(tǒng)計(jì)學(xué)異質(zhì)性（Q值分別為920.39、291.18、305.79、106.11，P值分別為1.49×10-20、1.05×10-11、8.59×10-12、2.06×10-5）；MR-Egger截距法分析結(jié)果顯示，與ALM、左側(cè)握力、右側(cè)握力、步行速度強(qiáng)相關(guān)的SNP不存在水平多效性（截距P值分別為0.12、0.42、0.79、0.42）。留一法分析結(jié)果顯示，ALM、左側(cè)握力、右側(cè)握力、步行速度與心力衰竭的因果關(guān)系并非由單個(gè)SNP驅(qū)動(dòng)。

3 討論

肌肉減少癥被認(rèn)為是老年心力衰竭患者身體功能下降和心肺功能變差的重要原因之一［11］。研究表明，心力衰竭患者肌肉代謝受到多種機(jī)制影響，包括交感神經(jīng)系統(tǒng)過度激活、全身炎癥反應(yīng)和神經(jīng)激素變化等［12］，這些因素均導(dǎo)致氧化代謝水平升高、泛素-蛋白酶體系統(tǒng)活性增加、細(xì)胞凋亡活性增加及骨骼肌生長因子釋放減少，從而破壞肌肉組織穩(wěn)態(tài)［13］。上述一系列改變還可導(dǎo)致機(jī)體蛋白質(zhì)分解增加，最終引發(fā)肌肉萎縮［14］，而肌肉萎縮又是心力衰竭患者發(fā)生運(yùn)動(dòng)不耐受和通氣效率下降的主要原因之一；此外，肌肉減少癥還促進(jìn)了其他疾病的進(jìn)展，進(jìn)而降低了患者的生活質(zhì)量。因此，明確肌肉減少癥與心力衰竭的因果關(guān)系對(duì)預(yù)防心力衰竭的發(fā)生至關(guān)重要。

觀察性研究表明，擁有更多肌肉質(zhì)量的個(gè)體更容易維持健康的體質(zhì)量和代謝狀態(tài)，進(jìn)而有助于降低心力衰竭發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)［15-16］。但一項(xiàng)橫斷面研究表明，更高的ALM與多種心臟代謝疾病相關(guān)［17］。且本研究IVW、加權(quán)中位數(shù)法、MR-Egger回歸分析結(jié)果均顯示，ALM升高與心力衰竭發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)升高有關(guān)，提示ALM在維護(hù)機(jī)體心臟健康方面扮演著復(fù)雜角色。筆者推測ALM升高與心力衰竭發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)升高有關(guān)的原因可能如下：ALM低的個(gè)體對(duì)葡萄糖和脂質(zhì)的代謝能力下降，進(jìn)而導(dǎo)致胰島素抵抗水平升高，而胰島素抵抗又與心血管疾病危險(xiǎn)因素密切相關(guān)；此外，ALM主要受骨骼肌影響，而肌肉組織在胰島素介導(dǎo)的葡萄糖利用過程中起關(guān)鍵調(diào)節(jié)作用［18］，故骨骼肌組織中的脂質(zhì)積累與糖代謝及氧化酶活性之間的不平衡可能與心力衰竭發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)［19-20］。本研究結(jié)果顯示，握力與心力衰竭之間無明確的因果關(guān)系。

一項(xiàng)前瞻性研究表明，步行速度與心力衰竭發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)之間存在劑量反應(yīng)關(guān)系，即步行速度與心力衰竭發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)呈反比［21］。本研究IVW、加權(quán)中位數(shù)法分析結(jié)果顯示，步行速度增快與心力衰竭發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)降低有關(guān)，分析其生物學(xué)機(jī)制可能如下：步行速度較快的個(gè)體可能具備更為健康的心血管系統(tǒng)，包括更好的心臟功能和血管彈性，且運(yùn)動(dòng)還可以預(yù)防與年齡相關(guān)的心臟重構(gòu)［22］。此外，步行速度也能反映機(jī)體代謝狀況，其與血糖控制及脂質(zhì)代謝密切相關(guān)［23］。

本研究優(yōu)勢：（1）本研究采用雙樣本MR分析，有效地降低了反向因果關(guān)系和混雜因素造成的偏倚，進(jìn)而提高結(jié)果的可信度；（2）本研究使用的是GWAS的摘要級(jí)數(shù)據(jù)，能增強(qiáng)統(tǒng)計(jì)分析能力；（3）本研究進(jìn)行了多項(xiàng)敏感性分析，以驗(yàn)證因果關(guān)系的穩(wěn)健性和一致性。但本研究仍存在一定不足：（1）GWAS數(shù)據(jù)主要來自歐洲血統(tǒng)的個(gè)體，這可能限制了本研究結(jié)論的外推范圍。（2）既往研究表明，年齡和性別與ALM密切相關(guān)［24-25］，但由于缺乏數(shù)據(jù)，本研究未能深入探究不同年齡、性別的人群ALM與心力衰竭之間的因果關(guān)系。

4 結(jié)論

綜上所述，ALM升高與心力衰竭發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)增加有關(guān)，步行速度增快與心力衰竭發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)降低相關(guān)，但未發(fā)現(xiàn)握力與心力衰竭發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)，該研究有望為心臟代謝和肌肉健康之間復(fù)雜關(guān)系的研究提供參考。

作者貢獻(xiàn)：鈕岳岳、艾克熱木·艾爾肯進(jìn)行文章的構(gòu)思與設(shè)計(jì)；鈕岳岳、李紅萍進(jìn)行研究的實(shí)施與可行性分析；李明昊、李琳軒進(jìn)行數(shù)據(jù)收集、整理、分析；鈕岳岳進(jìn)行結(jié)果分析與解釋，負(fù)責(zé)撰寫、修訂論文，對(duì)文章整體負(fù)責(zé)、監(jiān)督管理；馮玲負(fù)責(zé)文章的質(zhì)量控制及審校。

本文無利益沖突。