针对阿片类药物和胆石病因果关系的新见解:一项两样本孟德尔随机化研究

于馨洁,潘振祥

(吉林大学白求恩第二临床医学院 麻醉科,吉林 长春130022)

胆石症困扰着全球约10%～20%的成年人,影响了患者的生活质量,加重了经济负担[1]。胆石症的危险因素包括肥胖、糖尿病,胆囊动力障碍等[2]。阿片类药物是临床实践中常用的一组镇痛药,广泛应用于全身麻醉的诱导、维持及围术期镇痛治疗[3-5]。然而,滥用阿片类药物可能导致成瘾和其他严重的健康风险,如呼吸抑制[6-7]。新近有研究报道:阿片类药物可能是胆石症发生的一项影响因素[8]。与随机对照实验(RCT)方法对比,孟德尔随机化(MR)研究能够克服潜在的混杂因素并显示研究目标之间的因果关系效应[9]。我们应用MR方法,对阿片类药物和胆石病因果关系进行了研究,报道如下。

1 资料和方法

1.1 研究设计在确定暴露变量的全基因组关联研究(GWAS)汇总数据与结局变量的GWAS汇总数据相互独立的情况下,本研究以阿片类药物作为暴露变量,以胆石症作为结局变量,使用两样本MR进行因果关联分析,以探究阿片类药物对胆石症的因果效应。MR分析遵循以下3个假设[10]:①工具变量与暴露变量强相关;②工具变量独立于观察到或未观察到的混杂因素;③工具变量仅通过暴露影响结果。具体流程见图1。

图1 两样本MR设计思路

1.2 数据来源所有暴露和结果的汇总数据均从NHGRI-EBI GWAS目录(https://www.ebi.ac.uk/gwas)下载。阿片类药物的GWAS汇总统计数据包括14,261,317个位点,这些SNPs是通过对22982个阿片类药物依赖患者和55826个对照的分析获得的[11]。胆石症的GWAS汇总统计数据来自FinnGen和finn-a-K11_CHOLELITH。

1.3 工具变量的选择为了满足MR分析的假设①,本研究使用P<5×10-6以筛选与阿片类药物有关的单核苷酸多态性(single-nucleotide polymorphisms,SNPs)。独立性设置为10000 kb,r2<0.001。为了最大限度地减少混杂的影响,我们使用 Pheno Scanner(http://www.phenoscanner.medschl.cam.ac.uk/phenoscanner)估计了工具变量和混杂因素之间可能的关联,该软件提供了SNP表型。为了进一步评价弱工具变量偏倚,使用F统计量计算工具变量的效力。其中F<10的工具变量被剔除[12],具体计算公式为F=β2/SE2,其中β为等位基因效应值,SE为标准误。最终,分别选择了40个SNP 作为阿片类药物的遗传工具。

1.4 两样本MR分析本研究使用逆方差加权法(IVW)作为主要分析方法确定因果关系,该方法是在所有工具变量有效的前提下,将其方差的倒数作为权重进行加权计算。使用Cochran’s Q检验检验异质性,若存在异质性则采用IVW方法的随机效应模型; 否则,IVW方法的固定效应模型被用作我们研究的主要结果。此外还采用MR-Egger回归法、加权中位数法(WME),惩罚加权中值(PWM),最大似然(ML)。MR-Egger截距[13]方法用于检测水平多效性。留一法主要是依次剔除每个SNP,然后计算剩下所有SNP的结果,当某个MR结果和总结果无显著统计学差异,则说明该SNP不会对效应估计结果产生非特异性影响[14]。

1.5 统计学分析比值比(OR)和95%可信区间(CI)用以估计由暴露存在引起的相对风险。使用R包TwoSampleMR进行两样本MR分析和相关敏感性分析。所有统计分析和图像均由R 4.1.0进行分析。P<0.05认为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 工具变量在排除连锁不平衡后,获得了40个SNP。单一SNP对应的F统计量分布范围为20.81～35.18,F值均>10,这表明结果不存在弱IVs偏倚,即本结果可靠。

2.2 孟德尔随机化分析两样本孟德尔随机化估计出的效应值及95% CI结果见森林图(图2)。IVW法结果:[OR=1.11(95%CI:1.01～1.23),P<0.05],阿片类药物使用的基因数据对数变换后每降低一个标准差,则导致胆石病的发病风险增加11%,且差异有统计学意义。此外,WME分析,ML分析和PWM分析也证明阿片类药物导致胆石症患病风险增高(P<0.05)。与阿片类药物相关的SNP及其胆石症风险的散点图见图3A,根据直线斜率判断,IVW法,PWM法,WME法和WL法的因果关联估计相近。这些结果表明:基因预测显示阿片类药物的使用与胆石症发生的风险显著相关。

图2 MR分析森林图

图3 两样本MR和 “留一法”敏感性分析结果。(A) 两样本MR结果散点图 ;(B) “留一法”敏感性分析结果。

2.3 敏感性分析MR-Egger的egger_intercept结果为(P>0.05),表明本研究结果不存在水平多效性。MR-Egger回归结果统计量Q=68.84(P<0.05),提示SNP间存在异质性。“留一法”敏感性分析结果:有39个SNPs的IVW分析结果与纳入全部SNPs的分析结果相近,未发现对因果关联估计值影响较大的SNPs(图3B)。这些结果显示:阿片类药物的使用与胆石症发生的风险相关。

3 讨论

以往的观察性研究已经发现使用阿片类药物可增加胆石症的患病风险[8]。一些研究显示,53.6%的胆结石患者存在阿片类药物成瘾。阿片类药物对通过影响Oddis括约肌的功能,导致胆囊排空延迟进而影响胆汁分泌[15]。这种痉挛会导致胆总管内压力增加,进而导致胆汁淤滞,这是胆结石形成的关键因素之一[16]。与文献报道[8]一致,我们使用MR研究发现,使用阿片类患者的患者遗传易感性会增加胆石症的发生风险。

关于胆石症的形成机制,除了阿片类药物会影响Oddis括约肌的功能外,还会引起肠道微生物破坏和胆汁失调。具体而言,长期吗啡治疗会显诱导革兰氏阳性致病菌优先扩增以及胆汁解离细菌菌株减少,从而增加胆石形成的风险[17]。此外,还有研究表明,76% 的接受阿片类药物和缩胆囊素治疗的患者中胆汁射血分数下降[18],这可能是由于阿片类药物通过抑制突触前和神经肌肉末梢的兴奋性神经传递进而降低胆囊的收缩力[17]。

本研究还存在一些局限性:GWAS数据摘要仅涉及欧洲血统的个体,因此,我们的结论应谨慎应用于种族和民族多样化的人群。其次,考虑到阿片类药物和胆石症之间相互关系的重要临床意义,需进一步的动物实验或临床研究以更好的揭示胆石症发生的生物学机制。

综上所述,本研究使用孟德尔随机化研究发现,阿片类药物与胆石症的发生存在因果关联。医生和医疗专业人员可以警惕患有慢性疼痛并使用阿片类药物的患者,因为这些患者可能面临更高的胆石症风险。