不饱和脂肪酸与炎症性肠病因果关系的孟德尔随机化分析.pdf

Chin J Gastroenterol,2023,Vol.28，No.1不饱和脂肪酸与炎症性肠病因果关系的孟德尔随机化分析*李健1高建淑1,2赵可可1,2高鸿亮1,2#新疆医科大学第一附属医院消化病二科1（830054）新疆医科大学研究生学院2背景：炎症性肠病（IBD）是一种慢性复发性胃肠道炎症性疾病，包括溃疡性结肠炎（UC）和克罗恩病（CD）。目前尚不清楚不饱和脂肪酸与IBD之间是否存在因果关系。目的：采用两样本孟德尔随机化分析探究不饱和脂肪酸与IBD之间的因果关系。方法：不饱和脂肪酸和IBD的全基因组关联研究（GWAS）数据均来源于网络公开数据库。采用逆方差加权分析法进行两样本孟德尔随机化分析，使用加权中位数法和MREgger回归分析验证因果效应，以OR及其95%CI评价不饱和脂肪酸与IBD风险的因果关系。结果：6脂肪酸与CD无直接因果关系，与UC有直接因果关系，逆方差加权分析结果显示6脂肪酸基因水平每增加一个标准差，UC风险增加16%（OR=1.16，95%CI:1.001.36，P=0.04）。而3脂肪酸、单不饱和脂肪酸与IBD之间均未发现因果关系。结论：6脂肪酸可能仅与UC存在因果关系，3脂肪酸、单不饱和脂肪酸与IBD之间均未发现因果关系。关键词脂肪酸类，不饱和；脂肪酸类，6；炎症性肠病；结肠炎,溃疡性；Crohn病；孟德尔随机化分析Causal Association Between Unsaturated Fatty Acids and Inflammatory Bowel Disease:A Mendelian Randomization AnalysisLI Jian1,GAO Jianshu1,2,ZHAO Keke1,2,GAO Hongliang1,2.1The Second Department of Gastroenterology,the First Affiliated Hospital of Xinjiang Medical University,Urumqi(830054);2Graduate School of Xinjiang Medical University,UrumqiCorrespondence to:GAO Hongliang,Email:Background:Inflammatory bowel disease(IBD)is a chronic recurrent inflammatory disease of gastrointestinal tract including ulcerative colitis(UC)and Crohns disease(CD).It is unclear whether there is a causal association between unsaturated fatty acids and IBD.Aims:A twosample Mendelian randomization analysis was used to explore the causal association between unsaturated fatty acids and IBD.Methods:The data of the genomewide association study(GWAS)of unsaturated fatty acids and IBD were obtained from webbased public databases.Twosample Mendelian randomization analysis was performed by using inversevariance weighted analysis,and weight median estimator and MREgger regression were conducted to validate the association of the causal effect.The causality of unsaturated fatty acids on the risk of IBD was evaluated by OR and 95%CI.Results:No direct causal association was found between 6 fatty acids and CD,and a direct causal association was found with UC.Inversevariance weighted analysis showed a 16%increase in the risk of UC for each standard deviation increase in 6 fatty acid gene levels(OR=1.16,95%CI:1.001.36,P=0.04).However,no causal association was found between 3 fatty acids,monounsaturated fatty acids and IBD.Conclusions:6 fatty acids may be only causally associated with UC,and no causal association is found between 3 fatty acids,monounsaturated fatty acids and IBD.Key wordsFatty Acids,Unsaturated;Fatty Acids,Omega6;Inflammatory Bowel Disease;Colitis,Ulcerative;Crohn Disease;Mendelian Randomization AnalysisDOI：10.3969/j.issn.10087125.2023.01.003*基金项目：新疆维吾尔自治区自然科学基金杰出青年科学基金项目（2022D01E25）#本文通信作者，Email:炎症性肠病（inflammatory bowel disease,IBD）是一种免疫介导的胃肠道慢性炎症性疾病，包括溃疡性结肠炎（ulcerative colitis,UC）和克罗恩病（Crohns disease,CD），临床特征以腹痛和腹泻为主。由于症状严重且反复发作，大部分患者需药物长期干预来维持病情缓解，全球范围内IBD患者超过680万例1。目前认为IBD主要病因为多种因素相互作用引起的肠道免疫失衡，但确切机制尚不明确，12胃肠病学2023年第28卷第1期部分观点提出食物摄入可能会造成免疫系统失衡、肠道屏障破坏、肠道菌群失调，增加IBD的风险23。脂肪酸主要分为饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸，可通过调节肠道黏膜炎症影响 IBD的发生、进展过程。不饱和脂肪酸又可分为单不饱和脂肪酸（monounsaturated fatty acid,MUFA）和多不饱和脂肪酸（polyunsaturated fatty acid,PUFA），在调节细胞生理功能方面发挥重要的作用，但其与IBD之间的具体关系尚存在争议。临床研究发现6脂肪酸水平升高和3脂肪酸水平降低可促进UC炎症45；6脂肪酸与血液中促炎细胞因子浓度缺乏关联性67；一项meta分析表明3脂肪酸可降低IBD复发和恶化风险，未发现6脂肪酸与IBD的关系8。目前尚没有足够的证据支持不饱和脂肪酸在IBD发病中的因果作用。孟德尔随机化分析作为一种流行病学领域新兴的数据分析方法，利用单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphisms,SNPs）遗传变异因子作为工具变量来估计暴露与结果之间的因果关系9。与传统的观察性研究相比，该方法与随机对照试验类似且更不容易出现混杂因素影响和反向因果关系10。本研究通过利用大规模开放性全基因组关联研究（genomewide association study,GWAS）的数据，进行双样本孟德尔随机化分析，旨在评价不同不饱和脂肪酸与IBD的因果关系。资料与方法一、资料来源通 过 IEU OpenGWAS Project 数 据 库（https:/gwas.mrcieu.ac.uk/）分别获得大样本量的暴露（3脂肪酸、6 脂肪酸、MUFA）和结局（UC、CD）的GWAS数据，研究人群限定为欧洲人群，以减少与种族有关的混杂因素造成的偏差（表1）。由于所使用数据为公开领域资料，无需额外的伦理批准。网站访问时间为2022年10月20日。二、SNPs挑选和处理两样本孟德尔随机化分析采用了以下三个关键假设：工具变量与暴露直接相关，设定F10为高度标准；工具变量与混杂因素无关；工具变量仅通过暴露来影响结局9（图1）。基于孟德尔随机化分析的三个关键假设，分别从3脂肪酸、6脂肪酸和 MUFA的暴露数据库中提取出强相关的SNPs（P510-8），选择连锁不平衡系数 r210 000 kb的SNPs，以保证各个工具变量SNPs独立性，排除基因多效性的影响11。对暴露和结局数据库进行合并处理分析，所纳入的SNPs均与UC和CD无高度相关性（P510-8）。表1两样本孟德尔随机化分析纳入的GWAS数据集信息GWAS号metc855metc856metc916ieua32ieua30数据集名称3脂肪酸6脂肪酸MUFAUCCD样本量（n）13 54413 50613 53527 43220 883SNPs量（n）11 401 62311 398 83711 417 71512 255 19712 276 506人群欧洲人群欧洲人群欧洲人群欧洲人群欧洲人群注：GWAS为全基因组关联研究；SNPs为单核苷酸多态性；MUFA为多不饱和脂肪酸；UC为溃疡性结肠炎；CD为克罗恩病注：MUFA为多不饱和脂肪酸；UC为溃疡性结肠炎；CD为克罗恩病图1两样本孟德尔随机化分析模型示意图三、统计学分析通过计算F统计量评估选择的工具变量是否存在弱工具变量偏倚12，进一步验证关联性假设。采用逆方差加权法（inversevariance weighted,IVW）作为两样本孟德尔随机化分析的主要方法，以SNPs为工具变量，分别验证暴露与结局的因果关系，若P0.05将进行异质性检验和基因多态性效应检验。使用加权中位数法（weight median estimator,WME）、MREgger 回归分析验证暴露与结局的因果效应。使用Cochrans Q检验和漏斗图来检测异质性。在MREgger回归中，通过MREgger截距检验基因多态性效应13。使用R 4.1.3软件进行数据分析，检验水准设置为=0.05。结果一、弱工具变量检验结果弱工具变量偏倚分析结果发现，3脂肪酸（F=51.54）、6 脂肪酸（F=109.09）和 MUFA（F=36.97）的统计量均大于10，表明本次分析的结果受到弱工具变量偏倚的影响较小。二、孟德尔随机化分析结果13Chin J Gastroenterol,2023,Vol.28，No.1IVW分析结果显示6脂肪酸与UC发病风险的关联效应有统计学意义（P0.05），但Cochrans Q检验显示该结果不存在异质性（P=0.26），MREgger截距检验结果显示不存在多效性（P=0.89），且IVW、WME和MREgger三种检验方式均显示因果效应方向一致，故考虑该结果比较稳定。IVW、WME和MREgger三种检验方式结果均显示3脂肪酸、MUFA与UC发病风险之间不存在关联（P0.05；图2、图3）。IVW、WME和MREgger三种检验方式结果均显示6脂肪酸、3脂肪酸、MUFA与CD发病风险的关联效应无统计学意义（P0.05），且MREgger截距检验结果显示不存在多效性（图3、图4）。讨论既往研究表明不饱和脂肪酸与IBD发病风险有关，特别是3和6两种脂肪酸，在自身免疫病中发挥巨大作用1415。目前大多数观点认为3脂肪酸是一种抗炎因子，而6脂肪酸的作用相反。饮食中3脂肪酸含量与UC疾病风险呈负相关，进食含3脂肪酸丰富的食物，患UC的风险越低16。相关研究1718表明含有高浓度6脂肪酸食物的摄入与UC风险增加有关，这与本研究结果一致。目前存在数个潜在的机制来解释这种关系，首先6脂肪酸通过转换成花生四烯酸，通过代谢产生血栓素A2、白三烯B4和前列腺素，从而触发基因表达和信号转导来调节肠道炎症反应；其次6脂肪酸主要来源于饮食，6脂肪酸摄入可能会导致肠道菌群紊乱，加重肠道炎症反应。然而关于6脂肪酸对UC风险影响的研究仍存在争议，一项动物实验证明幼年小鼠发育期间给予短暂高6脂肪酸饮食可预防生长发育期间急性结肠炎的发生19。有研究20证实6脂肪酸和3脂肪酸均可通过抑制肠上皮细胞NFB活性发挥抗炎作用。最近一项纳入83例初诊UC患者和128名正常对照者的多中心病例对照研究21发现高6/3摄入量比值与UC发病风险的降低有关。不同的研究结果存在争议可能是由于实验设计方案局限性以及样本量不足造成的，环境、种族差异等混杂因素也可能是影响6脂肪酸与UC之间关联的因素之一。本研究以遗传信息为切入点，利用两样本孟德尔随机化分析探讨不饱和脂肪酸与 IBD的因果关系，选取的GWAS数据库均为欧洲人群，避免了环境、种族等混杂因素导致的偏倚。与随机对照试验相比，孟德尔随机化分析更能模拟真正意义上的随机分配且伦理道德方面不存在争议。此外，本研究基于大样本量的GWAS数据集开展，减少了因样本量小而产生的偏倚，结果更真实可靠。结果发现6脂肪酸与UC有因果关系，即6基因水平每增加一个标准差，UC 风险增加 16%（OR=1.16，95%CI:1.001.36，P=0.04），但未发现6脂肪酸与CD存在因果关系。此外，3脂肪酸、MUFA与IBD之间均未发现因果关系。本研究存在以下局限性：东方和西方人群的遗传学易感性、环境、生活方式、饮食等方面存在较大差异，而本研究缺乏除欧洲外其他人种数据，后续应在不同人种之间开展更全面、大规模的研究；此外，本研究缺乏个体数据，无法进行年龄或性别的亚组分析，无法比较亚组间的因果效应差异。综上所述，本研究证实6脂肪酸可能仅与UC注：MUFA为单不饱和脂肪酸；IVW为逆方差加权法；WME为加权中位数法；SNPs为单核苷酸多态性图2不同不饱和脂肪酸与UC关系的孟德尔随机化分析结果森林图14胃肠病学2023年第28卷第1期注：IVW为逆方差加权法；WME为加权中位数法；SNPs为单核苷酸多态性；CD为克罗恩病；UC为溃疡性结肠炎；MUFA为单不饱和脂肪酸A：3脂肪酸与CD；B：3脂肪酸与UC；C：6脂肪酸与CD；D：6脂肪酸与UC；E：MUFA与CD；F：MUFA与UC图3不同不饱和脂肪酸与IBD关系的孟德尔随机化分析结果散点图注：MUFA为单不饱和脂肪酸；IVW为逆方差加权法；WME为加权中位数法；SNPs为单核苷酸多态性图4不同不饱和脂肪酸与CD关系的孟德尔随机化分析结果森林图15Chin J Gastroenterol,2023,Vol.28，No.1存在因果关系，而3脂肪酸、MUFA与IBD之间均未发现因果关系，为研究不饱和脂肪酸与IBD之间的关联提供了新的参考。未来还需行更大样本的随机对照队列研究进一步阐明两者之间的关联，同时探索其他不饱和脂肪酸与IBD的关系。参考文献 1 GBD 2017 Inflammatory Bowel Disease Collaborators.The global,regional,and national burden of inflammatory bowel disease in 195 countries and territories,19902017:a systematic analysis for the Global Burden of Disease Study 2017J.Lancet Gastroenterol Hepatol,2020,5(1):1730.2 岳备,任怡静,于之伦,等.西式饮食与炎症性肠病相关性的研究进展J.胃肠病学,2019,24(6):373376.3 王昱,徒文静,张萍,等.炎症性肠病患者饮食限制现况及其饮食限制种类影响因素的多中心研究J.中国全科医学,2022,25(6):663668.4 DIAB J,ALMAHDI R,GOUVEIAFIGUEIRA S,et al.A quantitative analysis of colonic mucosal oxylipins and endocannabinoids in treatmentnave and deep remission ulcerative colitis patients and the potential link with cytokine gene expressionJ.Inflamm Bowel Dis,2019,25(3):490497.5 HOU J K,ABRAHAM B,ELSERAG H.Dietary intake and risk of developing inflammatory bowel disease:a systematic review of the literatureJ.Am J Gastroenterol,2011,106(4):563673.6 PISCHON T,HANKINSON S E,HOTAMISLIGIL G S,et al.Habitual dietary intake of n3 and n6 fatty acids in relation to inflammatory markers among US men and womenJ.Circulation,2003,108(2):15560.7 VIRTANEN J K,MURSU J,VOUTILAINEN S,et al.The associations of serum n6 polyunsaturated fatty acids with serum Creactive protein in men:the Kuopio Ischaemic Heart Disease Risk Factor StudyJ.Eur J Clin Nutr,2018,72(3):342348.8 AJABNOOR S M,THORPE G,ABDELHAMID A,et al.Longterm effects of increasing omega3,omega6 and total polyunsaturated fats on inflammatory bowel disease and markers of inflammation:a systematic review and meta analysis of randomized controlled trialsJ.Eur J Nutr,2021,60(5):22932316.9 DAVIES N M,HOLMES M V,DAVEY SMITH G.Reading Mendelian randomisation studies:a guide,glossary,and checklist for cliniciansJ.BMJ,2018,362:k601.10EVANS D M,DAVEY SMITH G.Mendelian randomization:new applications in the coming age of hypothesis free causalityJ.Annu Rev Genomics Hum Genet,2015,16:327350.11PARK S,LEE S,KIM Y,et al.Atrial fibrillation and kidney function:a bidirectional Mendelian randomization studyJ.Eur Heart J,2021,42(29):28162823.12BURGESS S,THOMPSON S G.Bias in causal estimates from Mendelian randomization studies with weak instrumentsJ.Stat Med,2011,30(11):13121323.13BOWDEN J,DAVEY SMITH G,BURGESS S.Mendelian randomization with invalid instruments:effect estimation and bias detection through Egger regressionJ.Int J Epidemiol,2015,44(2):512525.14黄奕森,苏子剑,庄亚琼,等.内质网应激在 3 多不饱和脂肪酸抑制大鼠炎症性肠病炎症反应中的作用J.中华临床营养杂志,2017,25(2):118123.15陈璐璐,刘小伟.饮食、肠道菌群与炎症性肠病J.生物医学转化,2021,2(3):4248.16JOHN S,LUBEN R,SHRESTHA S S,et al.Dietary n3 polyunsaturated fatty acids and the aetiology of ulcerative colitis:a UK prospective cohort studyJ.Eur J Gastro enterol Hepatol,2010,22(5):602606.17LINDOSO L,VENKATESWARAN S,KUGATHASAN S.PUFAs and IBD:is there a relationship?J.Inflamm Bowel Dis,2017,23(11):19051907.18JACOBSON K,CALDER P C.Role of omega6 and omega3 fatty acids in inflammatory bowel diseaseM/FOLKERTS G,GARSSEN J.Pharmanutrition.AAPS advances in the pharmaceutical sciences series.Cham,Switzerland:Springer,2014:7589.19NAGYSZAKAL D,MIR S A,HARRIS R A,et al.Loss of n 6 fatty acid induced pediatric obesity protects against acute murine colitisJ.FASEB J,2015,29(8):31513159.20MOBRATEN K,HAUG T M,KLEIVELANd C R,et al.Omega3 and omega6 PUFAs induce the same GPR120mediated signalling events,but with different kinetics and intensity in Caco 2 cellsJ.Lipids Health Dis,2013,12:101.21KOBAYASHI Y,OHFUJI S,KONDO K,et al;Japanese CaseControl Study Group for Ulcerative Colitis.Association of dietary fatty acid intake with the development of ulcerative colitis:a multicenter casecontrol study in JapanJ.Inflamm Bowel Dis,2021,27(5):617628.（20221102收稿；20230124修回）（本文编辑：袁春英）16