甲狀腺功能障礙與白癜風之間的關聯:一項兩樣本孟德爾隨機化研究

陳悅,高愛莉

白癜風是一種常見的自身免疫性色素脫失性疾病,可分為節段型和非節段型兩大類,影響全球約0.5%～2%的人口,與年齡、性別或皮膚類型無顯著相關性[1]。白癜風的發病機制是多因素的,包括自身免疫、氧化應激、神經化學因子、遺傳、黑素細胞自毀等,其中自身免疫學說被多數學者認可。既往研究表明,白癜風與多種自身免疫性疾病相關,包括甲狀腺疾病、1型糖尿病、類風濕關節炎、惡性貧血和斑禿等。在這些自身免疫性疾病中,甲狀腺疾病在白癜風患者中最常見[2-3]。一項Meta分析顯示,自身免疫性甲狀腺疾病(autoimmune thyroiditis, AITD)在白癜風患者中患病率為14.3%[4]。楊敏等[5]對1995—2004年國內皮膚科期刊中報道的10 607例白癜風伴發疾病進行統計分析,結果發現伴發甲狀腺疾病的患者占40%。然而,在傳統觀察性流行病學中,暴露與結局的關聯可能受到混雜因素和反向因果關聯的影響,從而使其在因果推斷中受到限制。因此,甲狀腺功能障礙與白癜風各自發展過程中的因果雙向作用仍存在爭議。孟德爾隨機化(Mendelian randomization,MR)利用單核苷酸多態性(single nucleotide polymorphisms,SNPs)作為工具變量(instrumental variables,IVs)來推斷暴露與結局之間的因果關聯,可以克服混雜因素和反向因果關聯對因果推斷的影響[6]。本研究運用兩樣本MR方法分析全基因組關聯研究(genome-wide association study,GWAS)數據,探討甲狀腺功能障礙與白癜風之間的因果關聯、關聯強度以及因果關系的方向。

1 研究方法與資料

1.1數據來源 本研究選擇了甲狀腺功能亢進癥(簡稱甲亢, hyperthyroidism)、甲狀腺功能減退癥(簡稱甲減,hypothyroidism)、游離甲狀腺素(FT4)和促甲狀腺素(TSH)作為暴露因素。甲亢(ukb-b-20289)和甲減(ukb-b-19732)的SNPs數據來自IEU數據庫(https://gwas.mrcieu.ac.uk/),包括462 933個樣本和10 894 596個SNPs。TSH和FT4的GWAS數據來自甲狀腺組學聯盟數據庫(https://transfer.sysepi.medizin.unigreifswald.de/thyroidomics/datasets/),其中包含72 167個樣本。白癜風作為結局變量,其GWAS數據也來自IEU數據庫(ukb-a-115),包括337 159個樣本(95個病例和337 064個對照)和10 894 596個SNPs,所有參與者均為歐洲血統,以避免因種族相關混雜因素造成的偏差。

1.2工具變量的選擇 根據STROBEMR聲明,為確保結果的有效性,工具變量需要滿足3個假設。首先,工具變量必須與暴露因素強相關;其次,用于暴露因素的遺傳變異必須獨立于任何混雜變量;最后,假設工具變量僅通過暴露因素而不是其他途徑影響結果[7-8]。研究流程見圖1。

首先,通過篩選 GWAS 數據,此次納入相關性SNPs滿足P<5×10-8,同時,為了避免SNPs存在連鎖不平衡 (linkage disequilibrium,LD) 對分析結果產生影響,設置參數r閾值為0.001,距離為10 000 kb的SNPs進行分析[9]。其次,使用了catalog以及Pheno Scanner數據庫,進一步驗證上述納入的SNPs位點是否與其他混雜因素有關[10]。最后,為了評估納入的SNPs是否受到了弱工具變量的影響,使用了F統計值排除具有>10的F值(計算公式為F=β2/SE2,β為等位基因效應值,SE為標準誤)。若SNPs的F<10,說明該SNPs存在弱工具變量偏倚的可能性,進而將其剔除,避免對結果造成影響[11]。

圖1 本研究示意圖和孟德爾隨機化分析中的3個假設

1.3統計學處理 本研究MR分析在R 4.2.1軟件中運用TwoSampleMR程序包進行分析。使用了3種常用的MR分析方法:隨機效應逆方差加權法(inverse-variance weighted,IVW)、MR-Egger回歸與加權中位數法(weight median estimator,WME),并以IVW為主要分析方法,其他分析方法作為補充。為了進一步解釋潛在的多效性,進行一系列的敏感性分析[12]。Cochran′sQ檢驗量化了工具變量的異質性,P<0.05表示存在異質性[13]。MR-Egger法作為一種加權線性回歸,其截距可以評估工具變量之間是否存在水平多效性[14]。此外,還使用了逐個剔除敏感性檢驗(leave-one-out sensitivity test)來評估因果效應是否被單個SNP 顯著影響[15]。所有結果以比值比(odds ratio,OR)和95%置信區間(confidence interval,95%CI)呈現,當P<0.05時,結果被認為差異有統計學意義。

2 結果

2.1工具變量的選擇 在排除連鎖不平衡、F值篩選及調整等位基因情況后,獲得10個與甲亢相關的SNPs,114個與甲減相關的SNPs,24個與FT4相關的SNPs,54個與TSH相關的SNPs,這些SNPs作為本次研究的工具變量。

2.2孟德爾隨機化分析 基于IVW結果,本研究提示甲減與白癜風之間存在正相關的因果關系。甲減可增加白癜風的發病風險(OR=1.00, 95%CI: 1.00～1.01;P=1.18×10-5<0.05),見表1。

2.3敏感性分析 MR-Egger分析結果顯示,MR-Egger的egger-intercept結果差異無統計學意義(P=0.79> 0.05),這表明本研究結果不存在水平多效性;Cochran′sQ檢驗表明,IVW結果差異無統計學意義(P=0.17>0.05),不存在異質性,見表2。散點圖和漏斗圖見圖2～3。漏斗圖顯示因果關聯效應的散點基本呈對稱分布,結果不存在潛在偏倚,見圖3。

Leave-one-out檢驗結果顯示依次剔除各SNP后,剩余的SNPs的IVW分析結果與納入全部SNPs的分析結果相近,未發現對因果關聯估計值影響較大的SNP,進一步證實了結果的穩定性(圖4)。因此,本研究的MR結果是可靠的。

同時,IVW的結果顯示甲狀腺功能亢進癥、TSH、FT4的高遺傳易感性和白癜風更高發病風險的相關性差異無統計學意義。

表1 遺傳決定的甲狀腺功能障礙對白癜風風險的影響

表2 甲狀腺功能障礙SNPs的異質性檢驗和水平多效性檢驗

圖2 甲狀腺功能減退對白癜風風險的散點圖;

圖4 “Leave-one-out”敏感性分析結果

3 討論

本研究基于GWAS數據,應用兩樣本孟德爾隨機化方法揭示了甲狀腺功能異常與白癜風之間的因果關系。發現甲狀腺功能減退癥與白癜風發病風險增加相關。但未發現甲狀腺功能亢進、FT4、TSH與白癜風之間存在因果關系。在使用不同MR模型進行的敏感性分析中,結果仍然穩健。

早期的觀察性研究已發現甲狀腺功能異常會增加白癜風的患病風險。陳偉等[16]發現白癲風發病前易受甲減、1型糖尿病、慢性蕁麻疹或斑禿等的影響。此外,來自德國的一項回顧性病例對照研究指出,3.4%的白癜風患者有甲減[17]。Yuan等[18]之前的一項Meta分析回顧了1968—2018年發表的77項符合條件的研究,確定了白癜風患者中常見的6種甲狀腺疾病。其中亞臨床甲減患病率最高,亞臨床甲亢或Graves病患病率最低。另一項研究發現,在50例白癜風患者中,32%患亞臨床甲減[19],這與本研究結果相一致。王瑋等[20]曾報道甲狀腺功能減退并發斑禿、白癲風1例,口服甲狀腺素治療后甲減癥狀好轉,斑禿及白癲風自然改善。

白癜風與甲狀腺疾病的關系復雜,甲減增加白癜風患病風險的具體機制尚不清楚。甲減是甲狀腺激素缺乏癥的常見病理表現,其臨床表現為甲狀腺激素缺乏癥,可以由多種原因引起,包括自身免疫性甲狀腺炎(hashimoto′s thyroiditis,HT)、手術切除甲狀腺、放射治療等[21]。自身免疫性甲狀腺炎被認為是成人甲狀腺功能減退的主要原因。目前主流觀點認為,甲狀腺功能減退的機制與炎癥導致的甲狀腺細胞凋亡有關[22-23]。在這一過程中,Th1細胞在甲狀腺自身抗原的刺激下被激活,并釋放出多種細胞因子,如干擾素γ(IFN-γ)、白細胞介素2(IL-2)和腫瘤壞死因子α(TNF-α)。這些細胞因子進一步刺激甲狀腺細胞表面的Fas分子表達。Fas與淋巴細胞表面表達的Fas配體(Fas-L)結合,從而啟動了Fas-Fas-L信號通路,導致甲狀腺細胞的凋亡[24]。此外,先前的研究表明,在白癜風的發病過程中,T淋巴細胞介導的免疫反應起著重要作用。CD4+T細胞亞群,包括Th1、Th2、Th17和調節性T細胞,通過分泌多種細胞因子來調節其他免疫細胞的功能,并誘導黑素細胞的凋亡[25]。除此之外,白癲風患者體內Th17/Treg失衡,黑素細胞表達的相關蛋白被看作自身抗原,這些抗原有部分也表達于甲狀腺組織[26]。Spritz等[27]研究結果顯示,尋常型白癲風患者遺傳易感基因與自身免疫性甲狀腺疾病存在交叉。Jin等[28]使用GWAS和候選基因關聯研究確定了9個可能與白癜風和自身免疫性甲狀腺疾病相關的基因,其中有器官特異性基因,如編碼酪氨酸酶(tyrosinase,TYR)、甲狀腺球蛋白(thyroglobulin,Tg)和甲狀腺刺激素受體(thyrotropin receptor,TSHR)的基因等。Gong等[29]學者研究發現,溶酶體相關膜蛋白1 (LAMP1)和CD69在HT患者甲狀腺組織中的表達水平高于正常甲狀腺組織,同時,僅在HT患者的甲狀腺中檢測出TYR。HT患者甲狀腺黑素細胞抗原種類和數量的差異可能為HT相關繼發性白癜風提供了免疫學依據,這有可能是甲狀腺功能障礙增加白癜風患病風險的機制。

本研究有幾個值得考慮的局限性:首先,本研究使用的GWAS數據主要來自歐洲人群,這可能限制了研究結果對其他人口群體的適用性。第二,本研究中使用的數據集在來源和可用的白癜風病例數量上都有局限性。數據包含了自我報告和臨床診斷的白癜風測量值,這可能存在樣本選擇偏倚;同時,由于缺乏歐洲人群中大規模HT患者研究的數據,本研究無法將HT相關SNPs納入分析。第三,自身免疫性甲狀腺疾病血清檢驗包括多種亞型,包括三碘甲狀腺原氨酸 (T3)、甲狀腺素 (T4)、甲狀腺過氧化物酶抗體(TPOAb)、抗甲狀腺球蛋白抗體(TgAB)、甲狀腺刺激阻斷性抗體(TSBAb)等,然而,由于研究限制,無法獲得其余亞型的SNP數據。

綜上所述,本研究使用孟德爾隨機化研究發現甲減是白癜風的重要危險因素。對比既往觀察性研究,本研究應用MR方法,極大限度地避免混雜和反向因果的影響,從基因角度確定影響白癜風的關鍵危險因素,能夠得到更具說服力的因果關系。臨床醫生在診斷和管理白癜風患者時應該意識到甲狀腺功能異常與白癜風之間的關聯,對于白癜風患者、特別是伴有甲減癥狀的患者,建議定期進行甲狀腺功能檢查,并在必要時接受甲狀腺激素替代治療。這有助于維持正常的甲狀腺功能,可能對白癜風的管理和治療產生積極的影響,改善白癜風患者的生活質量。