环境暴露 | 孟德尔随机化新发现:血浆蛋白在PM2.5暴露与中风风险中的作用

文摘   2024-07-31 19:05   美国  

医学科研新动向

Plasma proteome mediate the impact of PM2.5 on stroke: A 2-step Mendelian randomization study

孟德尔随机化

< PM2.5,血浆蛋白组>

2024年8月最新发表在《Ecotoxicology and Environmental Safety》上研究,采用两样本孟德尔随机化(TSMR)方法,探讨血浆蛋白在PM2.5暴露与中风风险之间的中介作用。结果显示,PM2.5暴露与中风之间存在显著的正向因果关系,多种血浆蛋白(包括FAM134B、SAP、ITGB7、Elafin和DCLK3)在这一关系中起到中介作用。DCLK3、FAM134B、Elafin和ITGB7在PM2.5与中风因果关系中分别贡献了14.5%、13.6%、11.1%和9.9%的中介比例。

研究背景  

中风是全球导致成年人残疾和死亡的主要原因之一,尤其在中低收入地区。尽管过去几十年在理解中风的致病因素方面取得了显著进展,环境因素对中风发病率和死亡率的具体机制仍未完全明了。空气污染,尤其是PM2.5,已成为全球范围内的重大健康问题。
PM2.5是指直径小于等于2.5微米的颗粒物,主要来源于交通、工业活动和家庭燃料燃烧。研究表明,PM2.5暴露与中风风险显著相关。然而,这些观察性研究可能受到混杂因素和反向因果关系的影响,导致因果推断的不确定性。因此,仍需进一步研究以明确PM2.5暴露与中风之间的因果关系及其潜在的中介因素。

研究设计

暴露数据: PM2.5暴露数据来源于UK Biobank GWAS,包含423,796名欧洲裔参与者。利用土地利用回归(LUR)模型估算PM2.5浓度。
中介数据: 选择血浆蛋白作为中介,数据来源于一项对3301名健康欧洲裔个体的GWAS研究。使用SOMAscan平台进行蛋白质测量。
结局数据: 中风的基因数据来自六项GWAS的Meta分析,包含446,696名欧洲裔个体(40,585例中风病例和406,111例对照)。

工具变量选择:选择与PM2.5和血浆蛋白显著相关的单核苷酸多态性(SNP)作为工具变量,满足相关性、独立性和排除限制假设。

统计分析:使用LDSC回归分析评估PM2.5暴露与中风特征之间的遗传相关性。采用IVW、MR-Egger等方法进行两样本MR分析,并进行敏感性分析以验证结果的可靠性。

核心结果

1. PM2.5对中风因果估计

通过PM2.5的GWAS研究,识别出120个作为工具变量的SNP,这些SNP在基因组范围内均与PM2.5显著相关。利用LDSC回归分析,发现PM2.5暴露与中风之间存在显著的遗传相关性(遗传相关性系数rg = -0.240, P = 0.001)。两样本孟德尔随机化分析显示,PM2.5暴露与中风风险显著相关(IVW OR = 1.219, 95% CI 1.024 – 1.451, P = 0.026)。Cochran’s Q检验结果表明,PM2.5对中风影响的效应存在异质性,IVW和MR-Egger方法的P值分别为0.034和0.030。因此,采用IVW随机效应模型验证了PM2.5与中风的正向关联(OR = 1.219, 95% CI 1.002 – 1.483, P = 0.047)。MR-PRESSO分析显示,没有显著的定向多效性。

2. PM2.5☽‖☾血浆蛋白的影响

两样本孟德尔随机化分析的第一步显示,PM2.5与77种血浆蛋白存在因果关联,其中最显著的五种蛋白为乳铁蛋白(IVW β = 0.710, 95% CI: 0.265 – 1.154, P = 0.002)、FAM134B(IVW β = 0.687, 95% CI: 0.237 – 1.137, P = 0.003)、锌指蛋白264(IVW β = 0.659, 95% CI: 0.216 – 1.102, P = 0.004)、C-X-C基序趋化因子16(IVW β = 0.662, 95% CI: 0.215 – 1.109, P = 0.004)和组蛋白脱乙酰酶复合物亚单位SAP30(IVW β = 0.631, 95% CI: 0.188 – 1.075, P = 0.004)。

血浆蛋白对中风的影响:两样本孟德尔随机化分析的第二步显示,DCLK3(IVW OR = 1.064, 95% CI: 1.010 – 1.121, P = 0.022)、FAM134B、Elafin和ITGB7与中风风险正相关,而SAP与中风风险负相关(IVW OR = 0.945, 95% CI: 0.913 – 0.978, P = 0.001)。Cochran’s Q检验结果显示,这些蛋白的效应不存在显著的异质性,MR-PRESSO分析结果显示没有显著的定向多效性。


3. PM2.5、血浆蛋白和中风的共定位分析

共定位分析结果表明,PM2.5暴露与中风之间的因果关系由共同的SNP驱动。例如,PM2.5对ITGB7的PP.H4 = 4.9%,对FAM134B的PP.H4 = 12.7%。


4. PM2.5与血浆蛋白和中风的共定位分析

共定位分析结果进一步表明,PM2.5暴露与血浆蛋白和中风之间的因果关系均由共同的SNP驱动。例如,PM2.5对Elafin的PP.H4 = 1.9%,对DCLK3的PP.H4 = 2.0%。


5. PM2.5与中风因果关系中的血浆蛋白中介效应

在1.0×10–5显著性水平下,DCLK3在PM2.5与中风因果关系中的中介比例为14.5%(95% CI: 0 – 38.0%),FAM134B为13.6%(95% CI: 0 – 33.3%),Elafin为11.1%(95% CI: 0 – 28.4%),ITGB7为9.9%(95% CI: 0 – 25.4%)。SAP未表现出显著的中介效应,可能与自身免疫相关。




本研究利用两样本孟德尔随机化(TSMR)方法,系统地探讨了PM2.5暴露与中风风险之间的因果关系,并揭示了多种血浆蛋白在这一过程中起到的重要中介作用。通过对GWAS数据的分析,研究确定了PM2.5暴露与中风风险之间的正向因果关联,进一步识别出77种血浆蛋白与PM2.5的因果关联,其中包括乳铁蛋白、FAM134B、锌指蛋白264、C-X-C基序趋化因子16和组蛋白脱乙酰酶复合物亚单位SAP30等。特别是DCLK3、FAM134B、Elafin和ITGB7在PM2.5与中风因果关系中起到了显著的中介作用,这些发现为理解PM2.5对中风的生物学机制提供了新的见解。
未来的研究应进一步验证这些发现,并深入探讨PM2.5暴露通过血浆蛋白影响中风风险的具体生物机制。以下几点是未来研究的重要方向:
  1. 机制研究: 进一步解析DCLK3、FAM134B、Elafin和ITGB7等蛋白在PM2.5暴露与中风发病过程中的具体功能和机制,以揭示潜在的生物学通路。
  2. 多中心研究: 在不同人群和地区进行多中心研究,以验证这些血浆蛋白在其他人群中的中介作用,确保结果的普适性和可靠性。
  3. 干预策略: 基于中介蛋白的作用机制,开发针对性的干预策略,以减轻PM2.5暴露对中风风险的影响。这包括药物干预、生活方式调整以及环境保护政策的制定和实施。
  4. 综合分析: 结合多组学数据(如转录组、代谢组和表观遗传组)进行综合分析,以全面揭示PM2.5暴露对机体健康的多层次影响。
  5. 长期随访研究: 设计和开展长期随访研究,以观察PM2.5暴露和血浆蛋白水平变化与中风发生率之间的长期关系,从而提供更具说服力的因果证据。

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