骨關節(jié)炎與動脈粥樣硬化的雙向因果風險關系

【摘 要】目的：探討骨關節(jié)炎與動脈粥樣硬化之間的雙向因果風險關系。方法：在公開的全基因組關聯(lián)研究數據平臺中，選取單關節(jié)或多關節(jié)骨關節(jié)炎和動脈粥樣硬化的數據進行匯總分析，并篩選強相關的單核苷酸多態(tài)性作為工具變量進行孟德爾隨機化（MR）分析。其中，使用逆方差加權法作為主要分析方法，并采用加權中位數法以及MR-Egger法確保結果的穩(wěn)定性。結果：MR分析揭示了基因預測的骨關節(jié)炎與動脈粥樣硬化的增加不存在風險效應關系（逆方差加權法P > 0.05），反向MR分析也提示兩者不存在風險關系（逆方差加權法P > 0.05），敏感性分析結果同樣支持以上內容。結論：MR分析的證據表明，骨關節(jié)炎和動脈粥樣硬化之間沒有顯著的因果關系。這與之前一些觀察性研究報告的相關性相矛盾，提示這些相關性可能由其他混雜因素構成。同時，這為其他觀察性研究報告的結論提供了遺傳證據，即骨關節(jié)炎不會影響動脈粥樣硬化風險，反之亦然。

【關鍵詞】 骨關節(jié)炎；動脈粥樣硬化；雙向因果關系；孟德爾隨機化

The Two-way Causal Risk Relationship Between Osteoarthritis and AtherosclerosisJI Hao-ran，F(xiàn)ANG Ke，ZHOU Zhong-yun，WANG Ping

【ABSTRACT】Objective：To explore the two-way causal risk relationship between osteoarthritis and atherosclerosis.Methods：In the open genome-wide association research data platform，the data of single joint or multi joint osteoarthritis and atherosclerosis were collected and analyzed，and the strongly related single nucleotide polymorphisms were screened as instrumental variables for Mendelian randomization analysis（MR）.Among them，the inverse variance weighting method was used as the main analysis method，and the weighted median method and MR-Egger method are used to ensure the stability of the results.Results：MR analysis revealed that there was no risk effect relationship between gene predicted osteoarthritis and the increase of atherosclerosis（inverse variance weighted method P > 0.05），and inverse MR also suggested that there was no risk relationship between the two （inverse variance weighted method P > 0.05）.The sensitivity analysis results also supported the above contents.Conclusion：The evidence of MR analysis shows that there is no significant causal relationship between osteoarthritis and atherosclerosis.This contradicts the correlations reported in some previous observational studies，suggesting that these correlations may be composed of other confounding factors.At the same time，this provides genetic evidence for the conclusions of other observational research reports，that is，osteoarthritis does not affect the risk of atherosclerosis，and vice versa.

【Keywords】 osteoarthritis;atherosclerosis;two-way causal relationship;Mendelian randomization

骨關節(jié)炎（osteoarthritis，OA）是一種以關節(jié)軟骨的變性、破壞以及骨質增生為特征的慢性關節(jié)炎癥［1］，主要表現(xiàn)為關節(jié)疼痛和活動受限，常見于膝、髖等關節(jié)［2］。OA常見的風險因素包括高齡、女性、肥胖、炎癥反應和高強度運動等［3-4］。目前，全球已有超過5億OA患者［5］，OA不但可導致關節(jié)疼痛、畸形與功能障礙，還可顯著升高心血管事件、靜脈血栓栓塞等風險［6-7］。然而，OA的機制目前尚未完全闡明，因此進一步探究其確切病因具有重要意義。

近年來，OA與動脈粥樣硬化的關聯(lián)逐漸引起人們的關注。研究表明，某些與肥胖相關的生物標志物，如膽固醇和低密度脂蛋白，常在OA的發(fā)病機制中發(fā)揮作用［8］。其次，既往一項針對服用他汀類藥物觀察膝骨關節(jié)炎（knee osteoarthritis，KOA）發(fā)生率與進展的隊列研究發(fā)現(xiàn)，服用他汀類藥物1年后可使KOA整體進展減少50%，但髖骨關節(jié)炎（knee osteoarthritis，HOA）卻并沒有獲得相應的支持［9］。此外，OA作為一種代謝性疾病，隨著軟骨細胞逐漸采用脂肪酸替代葡萄糖進行細胞代謝，在組織學變化發(fā)生之前，早期階段即可觀察到關節(jié)腔內滑液的脂質沉積加速關節(jié)軟骨的退化［10-12］。最后，一項超過3200萬參與者的系統(tǒng)回顧研究發(fā)現(xiàn)，OA患者同時患心血管疾病的風險率顯著偏高，并且患有缺血性心臟病和心力衰竭的可能性是無OA的2倍［13］。然而，綜合以上研究，仍只能確定OA與動脈粥樣硬化之間存在關聯(lián)性，對于OA與動脈粥樣硬化之間獨立因果關系的了解仍較為有限。

受困于觀察性研究存在的測量誤差和潛在偏移等局限性［14-15］，孟德爾隨機化（MR）法可以通過基因水平隨機分布解決這些問題，為兩者之間的因果關系提供更為可靠的證據［16］。故本研究通過上述方法，以期從基因水平層面進一步解釋兩者之間關系。

1 資料與方法

1.1 研究設計 使用MR方法評估單關節(jié)或多關節(jié)OA與動脈粥樣硬化（冠狀動脈粥樣硬化、腦動脈粥樣硬化、四肢動脈粥樣硬化與其他動脈粥樣硬化）之間的雙向因果效應關系（如圖1所示）。在MR分析中，需要滿足以下3大假設［17］。①關聯(lián)性假設：工具變量（IV）需與暴露因素強相關。②獨立性假設：需與任何混雜因素無關。③排他性假設：IV只能通過暴露因素的途徑影響結局。此外，本研究進行了反向MR分析，以觀察動脈粥樣硬化對OA的雙向因果關系。

1.2 數據來源 從IEU Open GWAS數據庫（https：//gwas.mrcieu.ac.uk/）中獲取OA與動脈粥樣硬化的GWAS數據集（見表1），其中，人種構成均為歐洲人群。另外，本研究不需要倫理批準，因為使用的數據是公開可用的。

1.3 IV的篩選 在IV的篩選中，首先應確保以下3個條件［18］：①IV與暴露因素的強相關性。當IV閾值設置為P < 5×10-8，所得單核苷酸多態(tài)性位點（SNPs）數目過少，故本研究將IV閾值設置為

P < 1×10-5。②剔除連鎖不平衡。r2 = 0.001，區(qū)間寬度設置為KB = 10 000。③去除回文結構。在過去的MR研究中發(fā)現(xiàn)，血脂（包括低密度脂蛋白、高密度脂蛋白、甘油三酯、載脂蛋白a、載脂蛋白b）異常、肥胖指數、糖尿病、吸煙與動脈粥樣硬化之間存在潛在關聯(lián)因素［19］；肥胖指數、抑郁、吸煙、糖尿病與OA之間存在潛在關聯(lián)因素［20］。因此，為了避免IV受混雜因素的影響，采用LD trait Tool剔除混雜因素的SNPs（https：//ldlink.nih.gov/？tab = ldtrait）。最后，在MR分析中，為避免潛在弱IV的偏移，計算F值統(tǒng)計量（F = β2/se2），并使用F值評估IV的強度。若F值< 10被認為是弱IV，同時將其剔除［21-22］。

1.4 統(tǒng)計分析 采用逆方差加權法（IVW）［23］、MR-Egger法［24］以及加權中位數法（WME）［25］作為此次分析的主要方法。若以上3種方法對因果推斷得到相似的結果，那么該結果則被認為是可靠的。IVW法是最有效的檢驗因果效應關系的評價方法，它的特點是在不考慮截距項存在的同時采用結局方差（se2）的倒數作為權重進行擬合。因此，本研究將IVW法作為評估OA與動脈粥樣硬化之間風險關系的首要方法。MR-Egger法常用于檢測和校正因果效應中的傾向性和反向因果的偏倚，它通過擬合線性回歸模型，可以將遺傳變異對性狀的影響和對基因表達的影響相聯(lián)系。WME法是一種用于合并多個MR估計結果的方法，常用這種方法將不同遺傳變異對性狀的因果效應進行加權，然后取加權后的中位數作為最終的因果效應估計，可以減少因為某些遺傳變異估計結果的偏離導致的偏差。因果效應評價的結果通常用比值比（OR）和95%置信區(qū)間（CI）表示。最后，本研究采用雙向因果法進一步評估OA與動脈粥樣硬化之間的因果關系。

1.5 敏感性分析 首先，采用MR-Egger截距檢驗SNPs是否存在水平多效性［26］。若截距P < 0.05則證明檢驗有統(tǒng)計學意義，表明分析結果存在顯著多效性。其次，使用Cochran's Q檢驗評估IVW法因果效應的異質性［27］。若P < 0.05，選擇隨機效應模型進行分析；反之，則選擇固定效應模型。值得一提的是，本研究采用MR-PRESSO方法檢測是否存在異常值［28］，如果檢測到異常值，則水平多效性可通過消除異常值進行修正。最后，使用“留一法”進行敏感性檢測［29］，可以評估當依次排除每個工具變量時，MR的結果是否顯著改變。

所有的分析都使用R軟件（版本4.3.3）中的Two Sample MR程序包（版本0.5.7），MR-PRESSO程序包（版本1.0），Mendelian Randomization程序包（版本0.9.0）和forest plot程序包（版本1.1.1）進行。

2 結 果

根據IVs篩選標準，本研究最終篩選結果及MR分析如圖2、圖3所示。在MR分析結果中，發(fā)現(xiàn)遺傳預測的單關節(jié)或多關節(jié)OA與動脈粥樣硬化（包括冠狀動脈粥樣硬化、腦動脈粥樣硬化、四肢動脈粥樣硬化，以及其他動脈粥樣硬化）之間均沒有明顯因果關系（P ≥ 0.05），并且加權中位數模型與MR-Egger模型也顯示出一致性的結果（P≥0.05），這更加驗證了這一趨勢。

MR敏感性分析結果匯總如表2、表3所示。首先，水平多效性MR-Egger截距檢驗結果表明，OA與動脈粥樣硬化之間沒有定向水平多效性的統(tǒng)計證據（P > 0.05），且未發(fā)現(xiàn)其之間存在異質性的檢驗結果（P > 0.05）。其次，在MR-PRESSO的檢驗中，未發(fā)現(xiàn)離群值的同時P > 0.05，說明暴露因素和結局變量不存在水平多效性，這更加增強了研究結果的可信度和穩(wěn)定性。再次，使用“留一法”逐步剔除每個SNP計算剩余SNPs的Meta效應時發(fā)現(xiàn)，在剔除每個SNP后，總體的誤差線并沒有明顯改變（所有的誤差線均穿過“0”這條線），這更加證明了OA與動脈粥樣硬化兩者之間沒有顯著的因果關系。

3 討 論

在既往的研究中，發(fā)現(xiàn)更多的是OA與動脈粥樣硬化之間存在相互促進相互影響的關系。LARGO等［30］在慢性抗原誘導的OA家兔模型發(fā)

現(xiàn)，動脈粥樣硬化合并慢性OA的家兔模型表現(xiàn)出更明顯的全身尤其以股動脈為主的炎癥和斑塊不穩(wěn)定介質的持續(xù)上調，進而加重動脈粥樣硬化與OA的發(fā)生。此外，OA與動脈粥樣硬化之間存在的共同危險因素，如脂聯(lián)素作為導致冠狀動脈粥樣硬化心臟病中公認的脂肪因子，可在小鼠軟骨細胞中誘導誘導型一氧化氮合酶、基質金屬蛋白酶-3、基質金屬蛋白酶-9和單核細胞趨化蛋白-1等因子導致關節(jié)軟骨降解［31-32］。除此之外，高齡、體力活動減少、慢性炎癥、血脂紊亂、高血壓病，以及糖尿病等均不同程度參與了OA及動脈粥樣硬化的發(fā)生、發(fā)展［33-35］。值得一提的是，HALL等［13］同樣發(fā)現(xiàn)，OA患者合并心血管疾病患病率為38.4%，顯著高于對照組（P = 0.01），這同樣支持以上協(xié)同作用。

然而，并非每項研究都得出OA和動脈粥樣硬化之間關聯(lián)的相同結論。在先前的一份關于OA與冠心病的MR分析中，認為OA與冠狀動脈粥樣硬化之間存在保護因素［35］，在冠心病治療上選用的β受體阻滯劑可減少軟骨細胞外基質產生，進而抑制腎上腺素能系統(tǒng)對軟骨形成的負面影響［36］，這與廣義上認為兩者之間存在的協(xié)同作用相違背。因此，目前關于這兩類疾病是否存在相互因果關系，以及是否為促進或拮抗作用還存在較大不確定性。

本研究采用多種互補的因果推斷方法，旨在探究OA與動脈粥樣硬化之間的雙向因果關系。研究結果顯示，體內遺傳預測的OA與動脈粥樣硬化之間并無直接相關證據，反向MR分析同樣未發(fā)現(xiàn)動脈粥樣硬化的遺傳易感性與OA存在關聯(lián)。值得一提的是，在本次MR分析中，均未發(fā)現(xiàn)明顯的異質性與多向性，增加了研究的可信程度。

與其他觀察性研究相比，本研究的優(yōu)勢明確。首先，進一步獲取了OA與動脈粥樣硬化亞型的匯總統(tǒng)計，以計算兩者的因果關系。其次，充分排除可能引起兩類疾病的混淆因素，盡管SNP個數相對較少，但具有明顯的優(yōu)勢性。最后，雙向MR分析保證兩者之間雙向因果關系的推斷。因此，本研究的MR分析結果更傾向于認為基因預測的OA與動脈粥樣硬化之間沒有雙向風險效應關系，兩者之間的關聯(lián)可能是共同的風險因素所致。然而，本研究也存在一定的局限性。首先，雖然研究表明OA與動脈粥樣硬化風險之間沒有因果關系，但正如前文所述，OA患者常合并動脈粥樣硬化的確切病理生理機制仍需進一步研究。其次，用于此MR分析的GWAS數據僅基于歐洲個體，疾病機制可能因種族而異，從而限制了結果泛化到其他地區(qū)的適用性。第三，僅排除與目前已知的潛在混雜因素相關的SNPs，還需要進一步研究可能影響OA與動脈粥樣硬化之間相關性的其他未知混雜因素。即便如此，本研究仍然從遺傳學角度對OA與動脈粥樣硬化之間的遺傳因果關系提出了新的見解，從而為未來的研究提供指導。

簡而言之，MR與敏感性分析結果證據均表明，單關節(jié)或多關節(jié)炎OA與動脈粥樣硬化（包括冠狀動脈粥樣硬化、腦動脈粥樣硬化、四肢動脈粥樣硬化，以及其他動脈粥樣硬化）之間均沒有顯著的因果關系。這與以往部分觀察性研究報告的正相關性相矛盾，提示這些研究可能受到肥胖、吸煙、糖尿病中混雜因素的潛在影響，而不是兩者行為本身的直接因果影響。這為其他觀察性研究報告的結論提供了遺傳學證據，即OA不會增加動脈粥樣硬化的風險，反之亦然。

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收稿日期：2024-04-02；修回日期：2024-05-27