25-羥維生素D與強直性脊柱炎的因果關系：雙向孟德爾隨機化研究

[摘要] 目的 探討25-羥維生素D[25-hydroxyvitamin D，25（OH）D]與強直性脊柱炎（ankylosing spondylitis，AS）的因果關系。方法 25（OH）D與AS的遺傳數據提取全基因組關聯分析，采用MR-Egger回歸法、加權中位數、逆方差加權（inverse variance weighted，IVW）、簡單模式及加權模式估計25（OH）D對AS的因果效應，并進行敏感度分析驗證。結果 IVW結果表明25（OH）D濃度與AS存在因果關系（OR=0.805，95%CI：0.686～0.944，P=0.008），最大似然比（OR=0.799，95%CI：0.678～0.940，P=0.007）顯示一致結果。反向孟德爾隨機分析IVW結果顯示兩者不存在因果關系（OR=1.019，95%CI：0.995～1.043，P=0.110）。另外，MR-Egger截距、Cochran Q檢驗、留一法及MR-PRESSO分析顯示不存在水平多效性與異質性。結論 25（OH）D濃度與AS的發病可能存在遺傳因果關系，但AS不能導致體內25（OH）D的濃度變化。

[關鍵詞] 25-羥維生素D；強直性脊柱炎；孟德爾隨機化；因果關系

[中圖分類號] R593.23" """"[文獻標識碼] A """""[DOI] 10.3969/j.issn.1673-9701.2025.19.001

Causal relationship between 25-hydroxyvitamin D and ankylosing spondylitis： A two-way Mendelian randomization study

XIONG Lang¹， JIANG Zong²， LAN Weiya²， TANG Fang²， MA Wukai²， CHEN Xueyong¹， CAI Shanshan¹， TU Haixia¹， DAI Yuqing¹， CAI Shanyan¹

1.The Second Clinical Medical College of Guizhou University of Traditional Chinese Medicine， Guiyang 550002， Guizhou， China; 2.Department of Rheumatology and Immunology， the Second Affiliated Hospital of Guizhou University of Traditional Chinese Medicine， Guiyang 550003， Guizhou， China

[Abstract] Objective To explore causal relationship between 25-hydroxyvitamin D[25 （OH） D] and ankylosing spondylitis （AS）. Methods Genetic data of 25（OH）D and AS were extracted from the genome-wide association study. The causal effect of 25（OH）D on AS was estimated by MR-Egger regression method， weighted median， inverse variance weighted （IVW）， simple mode and weighted mode， and sensitivity analysis was conducted for verification. Results The IVW results indicated that there was a causal relationship between 25（OH）D concentration and AS （OR=0.805， 95%CI： 0.686-0.944， P=0.008）， and the maximum likelihood ratio （OR=0.799， 95%CI： 0.678-0.940， P=0.007） showed consistent results. The IVW results of the reverse Mendelian randomization study showed that there was no causal relationship between the two （OR=1.019， 95%CI： 0.995-1.043， P=0.110）. In addition， MR-Egger intercept， Cochran Q test， “leave-one-out” and MR-PRESSO analysis showed no horizontal pleipotency or heterogeneity. Conclusion There may be a genetic causal relationship between the concentration of 25（OH）D and the onset of AS. AS cannot cause changes in the concentration of 25（OH）D in the body.

[Key words] 25-hydroxyvitamin D; Ankylosing spondylitis; Mendelian randomization; Causality

強直性脊柱炎（ankylosing spondylitis，AS）是一種病因不明確的自身免疫病，以炎癥性腰痛為主要特征^[1]。調查研究發現中國的AS患病率約為0.29%，國外患病率為0.20%～0.25%^[2]。AS病程長，患者長期活動受限，關節和脊柱疼痛可導致生活質量下降^[3-4]。AS的治療包括針灸、運動、非甾體抗炎藥、腫瘤壞死因子抑制劑、改善病情的抗風濕藥等^[5]。維生素D是一類脂溶性維生素，其通過肝臟轉化為25-羥維生素D[25-hydroxyvitamin D，25（OH）D]，而25（OH）D是參與評價維生素D在人體骨骼生長發育的最佳指標^[6-7]。此外，25（OH）D作為維生素D的主要循環形式通過維生素D受體促使T細胞分化因子參與AS的發病機制^[8]。然而，25（OH）D缺乏也可誘發AS的發生^[9-10]。研究表明血清25（OH）D低濃度是AS發病的危險因素^[11]。目前，越來越多的研究表明AS患者血清25（OH）D濃度低，但以上研究均無法推斷25（OH）D與AS之間的因果關系^[12-17]。因此，探究兩者之間的因果關系，可為臨床工作者對AS患者以血清25（OH）D濃度為標準補充維生素D進行精準治療提供重要依據。本研究采用雙向孟德爾隨機化（Mendelian randomization，MR）研究設計，探討25（OH）D與AS之間的因果關聯。

1" 資料與方法

1.1" 數據來源

AS數據來自歐洲、東亞和拉丁美洲血統AS患者的全基因組關聯分析（genome-wide association study，GWAS）數據^[18]：樣本總量25 764例，其中觀察組10 619例，對照組15 145例，共99 962個單核苷酸多態性（single nucleotide polymorphism，SNP）。25（OH）D數據來自歐洲血統的GWAS數據^[19]：總樣本量417 580例，143個隊列，共8 401 108個SNP。

1.2" 工具變量的篩選

匯集GWAS數據中AS和25（OH）D有統計學意義（Plt;5×10^-8）的SNP，再設置連鎖不平衡的閾值為r²lt;0.001，千堿基對為10 000，剔除連鎖不平衡的干擾^[20]。剔除F lt;10的SNP，結果得到與AS和25（OH）D顯著相關的有效SNP作為工具變量。

1.3" MR分析

本研究采用MR-Egger回歸法、加權中位數（weighted median，WM）、逆方差加權（inverse variance weighted，IVW）、簡單模式（simple mode）及加權模式（weighted mode）估計25（OH）D對AS的因果效應。IVW應用假設SNP均為有效工具變量，得到準確的估計結果^[21]。MR-Egger回歸法評估結局與暴露的加權線性回歸，當加權線性回歸無統計學意義時，MR-Egger回歸法的斜率表示暴露對結局的因果效應估計值。WM對一半的SNP是有效工具變量，獲得結局與暴露之間因果效應的估計。簡單模式比較結局與暴露之間在基因型或表型方面的頻數差異，觀察兩組間的差異是否具有統計學意義。加權模式是將不同遺傳變異對性狀的因果效應進行加權，再用加權后的眾數作為最終的因果效應評估，減少因某些遺傳變異估計結果的偏離而致的偏誤。本研究先將25（OH）D作為暴露因素，與"""" 25（OH）D顯著相關的SNP作為工具變量，AS作為結局變量，進行正向MR分析，見圖1。然后再將AS作為暴露因素，與AS顯著相關的SNP作為工具變量，25（OH）D作為結局變量，進行反向MR分析，最后得出結論，見圖2。同時，MR遵循以下3個條件假設：①工具變量與暴露存在密切相關（假設Ⅰ）；②工具變量與任何潛在混雜因素均無關（假設Ⅱ）；③工具變量與結局無顯著關聯（假設Ⅲ）。所有的統計分析均采用Rversion4.1.2中“Two Sample MR”軟件包。

1.4" 敏感度分析

本研究采用Cochran Q異質性分析，當檢驗Plt;0.05時，則SNP之間有異質性^[22]；用“逐個剔除檢驗”進行敏感度分析，探索單個SNP對結局與暴露之間因果關系的影響^[23]。用MR-pleiotropy-test函數進行多效性分析，當檢驗有顯著性意義時（Plt;0.05）則具有多效性^[24]。

2" 結果

2.1" 雙向MR研究

根據篩選標準，共110個SNP作為工具變量被納入研究。研究中，每個與工具暴露相關的統計量Fgt;10（29.774～1474.547），有效排除弱工具變量對結果產生偏倚。

IVW結果表明25（OH）D濃度與AS存在因果關系（OR=0.805，95%CI：0.686～0.944，P=0.008），最大似然比（OR=0.799，95%CI：0.678～0.940，P=0.007）結果也表明25（OH）D濃度與AS存在因果關系，見表1、圖3。IVW法、WM、簡單模式及加權模式得到的因果效應方向均一致，見圖4。反向MR分析IVW結果為兩者不存在因果關系（OR=1.019，95%CI：0.995～1.043，P=0.110）。

2.2" 敏感度分析

MR-Egger截距檢驗結果（截距項為–0.028，P=0.214）表明不存在水平多效性影響。IVW（Q=22.980，P=0.340）和MR-Egger回歸（Q=14.882，P=0.496）的Cochran Q檢驗結果表明SNP不存在異質性，見圖5。留一法結果顯示依次剔除SNP后，未觀察到剩余SNP的合并效應與納入的全部SNP分析結果存在實質性差異，進而驗證結果的可靠性，見圖6。MR-PRESSO分析結果表明納入研究的工具變量位點中無顯著的離群值對結果產生影響（β=–3.873，P=0.956），表明MR研究不存在水平多效性與異質性，結果 穩健。

反向研究MR-Egger截距檢驗結果（截距項為–0.001，P=0.277）表明不存在水平多效性影響；IVW（Q=45.583，P=0.336）和MR-Egger回歸（Q=43.150，P=0.452）的Cochran Q檢驗結果表明SNP不存在異質性，見圖7；留一法結果為不存在實質性差異，見圖8；MR-PRESSO結果（β=–27.837，P=0.577）表明MR研究不存在水平多效性與異質性，結果穩健。

3" 討論

本研究結果表明25（OH）D與AS可能存在因果關系，最大似然比結果與前者保持一致。在敏感度分析中，MR-Egger截距、Cochran Q及MR-PRESSO檢驗均不存在水平多效性與異質性。森林圖和漏斗圖均未檢測到顯著影響結果的SNP；留一法不存在實質性差異，進而證明結果的可靠性。在反向MR研究中，AS對25（OH）D不存在因果關系。

為確定本研究結果的可靠性，與臨床研究、作用機制研究進行比較，發現本研究結果與臨床研究、機制研究相一致。Chen等^[13]對6項隊列研究進行系統評價，發現與對照組相比，AS患者的血清25（OH）D水平顯著降低（MD=–7.53，95%CI：–9.78～ –5.28，Plt;0.001）。另一項前瞻性臨床病例對照研究納入60例AS患者和40例對照人群進行研究，結果發現AS患者血清25（OH）D水平顯著降低，進而表明血清25（OH）D參與AS的發病，提高25（OH）D濃度可有效改善AS患者的臨床癥狀^[14]。

25（OH）D導致AS的發病機制尚未完全闡明。張磊等^[25]指出25（OH）D濃度降低可促進生長因子、白細胞介素（interleukins，IL）、基質金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）增多，加劇炎癥反應，進而加重AS的病程進展。另外，25（OH）D與AS存在信號通路關系，張恒維等^[26]發現1，25（OH）D_3""""" 可能通過Toll樣受體4/髓樣分化因子88/核因子κB信號通路降低抗炎因子IL-10水平，升高促炎因子IL-6、腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）水平，發揮免疫作用，進而治療AS。此外，IL-10、TNF-α、轉化生長因子-β等因子已被確定為AS發病的重要標志物^[27]。25（OH）D可調控TNF-α、IL-6、IL-10等細胞因子，對AS的精準治療發揮重要作用^[10，28]。因此，補充維生素D可增加人體血清25（OH）D水平，抑制炎癥因子活化和增殖，進而達到防治AS的目的。本研究結果表明25（OH）D濃度與AS的發病可能存在遺傳因果關系，但AS不能導致體內25（OH）D的濃度發生變化。

本研究通過雙向MR探究25（OH）D與AS的因果關系，具有以下優勢：①采用大型GWAS數據挖掘，對大樣本人群進行MR分析，避免偏倚，結論更具有代表性；②采用多種方法對雙樣本MR進行正向與反向分析，增加結果的準確度；③與臨床觀察研究相比，本研究減少了時間，保持合規性及準確獲得兩者的因果關系。

本研究也存在局限性：①數據來源于雙樣本的GWAS，缺乏患者的年齡、性別、地區及臨床特征，限制進行更深入的亞組分析，可能導致對結果的解釋存在偏差。②本研究樣本主要來自歐洲血統人群，限制研究結果的普適性，可能不適用于其他種族或地區的人群。此外，雖然樣本中包含少部分東亞和拉丁美洲的AS患者，但這也可能引入人口分層的工具變量偏倚。③本研究采用的是統計學方法，無法深層探討25（OH）D與AS之間的作用機制。針對以上局限，未來應注重性別、年齡、地區及臨床特征的亞組分析。同時，挖掘大量不同種族人群的相關遺傳數據，以得到全面的研究結果。此外，根據25（OH）D與AS的因果關系，明確缺乏25（OH）D導致AS的患病風險增加，進而通過實驗機制驗證探討25（OH）D對AS的影響。

綜上，25（OH）D與AS可能存在因果關系，反向MR研究證實AS與25（OH）D不存在因果關系。后續研究需增大樣本深入探討25（OH）D影響AS的作用機制，為臨床精準治療AS提供新的思路。

利益沖突：所有作者均聲明不存在利益沖突。

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（收稿日期：2025–03–04）

（修回日期：2025–06–11）

基金項目：貴州省科技計劃項目（黔科合平臺人才[2020]2202）

通信作者：唐芳，電子信箱：64550932@qq.com