综述 | 孟德尔随机化方法：动脉粥样硬化心脏病病因预测应用和局限性

来源：中国科学杂志社

动脉粥样硬化性心脏病（Atherosclerotic Cardiovascular Disease, ASCVD）是多种危险因素共同作用的复杂疾病。目前见诸报道的危险因素多达200多种。然而这些生物标记物在疾病中分别扮演三类角色：旁观者、反向因果关系（疾病本身影响生物标志物水平）和因果关系（直接致病作用）。因此致病因子的筛选对药物开发非常重要。然而常规观察设计不能祛除混杂因素、反向因果关系和偏差等干扰而易出现假阳性，据此设计的随机临床实验（Randomized Controlled Trials，RCT）往往以失败告终。孟德尔随机化方法（Mendelian Randomisation，MR）应运而生，它以孟德尔独立分配定律为基础，已知不同基因型导致不同的中间表型(即待研究的暴露因素)，用基因—疾病的因果链来模拟暴露因素对疾病的作用，推导出暴露因素对疾病的真实效应值。近30年来，MR在ASCVD领域的病因预测和药物靶点开发中发挥了举足轻重的作用。

近日山东大学张运院士团队聚焦全球ASCVD领域的MR研究成果，关注其质量和方法学可靠性（如：合适变量选择、群体分层和混杂因素调整、多效性控制以及样本量评估等），与时俱进纳入一些新的生物标志物如：脑源性神经生长因子（Brain-derived NeurotrophicFactor, BDNF）、身高等，重视MR新方法学对传统MR研究确认的某些生物标志物因果关系的挑战，通过制定严格的文献检索策略和选择标准，在Science China Life Sciences 综述了MR在ASCVD病因学和药物治疗靶点预测中的应用价值，并对该应用领域存在的局限及进展进行简要阐述。

基于高质量MR研究所提供的重要证据，该综述阐明了血脂谱、饮食行为、血压、血糖、代谢异常、氧化应激相关和炎症因子以及一些新的生物标志物与ASCVD之间的因果关系。在这些生物标志物中，LDL-C、Lp(a)、血糖、血压、肥胖、IL6、BDNF、胎球蛋白-A、LTL、身高、血清铁水平和维生素C摄入量等候选因素均被证实与ASCVD有明确的因果关系。近年来，血清BDNF水平越发受到重视，但其病因预测价值有待多中心临床试验验证。LDL-C、血糖、血压已成为ASCVD的治疗靶点，但LP(a)、IL-6的研究较少，应积极倡导新药开发。

虽然MR研究对生物标志物与ASCVD的因果关系提供了大量的证据，但针对其中一些生物标志物的临床试验结果却为阴性。一种可能的解释是RCT研究药物特异性较差，如torcetrapib和dalcetrapib增加血清HDL水平，但HDL并非一个适宜的中间变量。上述不一致可能还归于MR方法学局限。

该综述结合上述MR研究分析了其在ASCVD领域应用的局限性：1）作为变量的基因变异的多效性，同时影响多个表型性状或具有多种生物效应，如TG或HDL的基因变异；2）MR研究很少直接识别生物标志物成为靶目标的生物机制，如内源性雄激素SNPs是否通过雄激素以外的其他因素影响ASCVD风险尚不清楚，此外，一些作为变量的SNPs（如部分LDLR的SNPs）本身并不影响氨基酸序列，也未与其他影响中间表型的SNP存在连锁不平衡；3）部分MR研究检测的生物标志物循环水平不能排除旁分泌或自分泌影响；4）某些MR研究可能仅提示生理状态而非病理状态的因果关系；5）某些遗传变异只会在特定发育时期影响生物标志物水平，如FTO基因在2.5岁以前与BMI呈负相关，2.5岁以后才显著影响体重。

为克服上述局限性，一些新的MR方法，如多变量、单倍体、两步法、双样本、双向、网络和析因MR，以及MR-Egger和加权中值等崭露头角。其中，多变量MR、析因MR，MR-Egger和加权中值等方法已应用于ASCVD领域研究。基于多基因变异可能无法完全满足工具变量假设，敏感度分析方法已应用于多变量MR研究。

不同于RCTs，MR研究将是否携带有特定作用的等位基因进行随机分配；具有低成本特点，即一旦某个种群开展过全基因组层面研究，某种程度上可凭这些数据资料探索任何生物标记物。鉴于目前药物开发的低效率，MR方法仍不失为提高药物开发成功率和最终获得临床推广的重要手段。随着人类遗传学以及基因与代谢组学、蛋白质组学和转录组学数据之间的相互作用等知识的不断增长，该综述还展望了MR研究前景，未来将致力于预测ASCVD、心血管事件发生和筛选靶点的新型生物标志物研究。在药物开发早期阶段，MR研究可以用来评估是否需要时间和金钱投入，如MR结果表明对疾病风险没有影响，应该果断放弃。因此选择有效的基因变异作为变量并对MR结果进行合理分析至关重要。值得一提的是MR并不能完全代替RCT，即使经MR预测有确定因果作用的致病因子仍需在RCT中进行最终验证。

山东大学齐鲁医院胡琴教授为该综述第一作者，张运院士为通讯作者。

[ 张运，中国工程院院士、FACC、Honorary FASE、FESC、山东大学终身教授。主要研究方向动脉粥样硬化，承担30余项国家和省部级科研课题，发表SCI收录论文400余篇，获国家自然科学二等奖1项、国家级科技进步二等奖1项、三等奖3项，何梁何利基金科学与技术进步奖1项、山东省科学技术最高奖1项、省部级自然科学和科技进步一等奖7项，山东省十大成果奖1项等。

胡琴教授长期致力于冠心病的基础和临床研究，承担多项国家自然基金项目工作。“十一·五”和“十二·五”期间作为张运院士承担的国家863计划（心血管疾病的分子分型与个体化诊疗）课题组骨干，建成了全国最大的冠心病样本资源库，开展了中国汉族人群冠心病易感基因研究，为冠心病分子分型和个体化治疗提供技术平台和资源。]