血清胆红素、胆石症与肝胆和胰腺恶性肿瘤之间的因果关系：一项双向双样本孟德尔随机化研究

《Medicine》：Causal relationship between serum bilirubin, cholelithiasis and hepatobiliary and pancreatic malignancy: A bidirectional and 2-sample Mendelian randomization study

胆囊癌风险因素分析：直接胆红素与胆囊癌的因果关系验证

　　本研究聚焦于胆结石（cholelithiasis）与血清胆红素水平及肝胆胰恶性肿瘤之间的因果关系。长期以来，对于这些因素之间的因果关系，学界的研究结果并不一致，存在争议。为了尽可能控制混杂因素并排除反向因果关系的影响，研究采用了孟德尔随机化（Mendelian randomization, MR）方法，对不同暴露因素与肝胆胰恶性肿瘤的因果联系进行了深入分析。研究选取了四个暴露因素，包括胆结石、总胆红素、直接胆红素和间接胆红素，并利用双样本和双向MR方法进行分析。研究发现，直接胆红素与胆囊癌之间存在显著的因果关系，而其他暴露因素则未显示出与肝胆胰恶性肿瘤的显著因果联系。

### 一、背景与研究意义

胆红素是血红蛋白分解过程中的代谢产物，属于血红素代谢的重要中间产物。它主要在肝脏中代谢，通过胆汁排出体外。尽管胆红素传统上被认为是体内的一种有害代谢废物，但近年来的研究发现，胆红素具有显著的抗氧化、抗炎和细胞保护作用。这些特性使得血清胆红素水平成为多种疾病研究的热点，包括心血管疾病、代谢综合征和恶性肿瘤等。尤其是在肝胆胰系统恶性肿瘤的发病机制中，胆红素代谢异常和胆结石被认为是关键的潜在风险因素。

然而，以往关于胆红素与肝胆胰肿瘤关系的研究多基于观察性研究，这种研究方法容易受到混杂因素和反向因果关系的干扰，难以明确区分相关性和因果性。因此，研究采用MR方法，通过利用基因变异作为工具变量（instrumental variable, IV），模拟自然随机分配的过程，从而减少观察性研究中的偏倚，提高因果推断的准确性。MR方法的基本原理是，基因变异在人群中的随机分布可以作为暴露因素的“自然随机实验”，从而更有效地评估暴露因素对结果的影响。

### 二、研究方法

本研究采用双样本和双向MR方法，旨在探讨胆红素水平与胆结石是否对肝胆胰恶性肿瘤产生因果效应。首先，研究从公开数据库中获取了与胆红素和胆结石相关的基因变异数据。这些数据主要来源于基因组关联研究（GWAS），并经过严格的筛选和质量控制。研究选取了总胆红素、直接胆红素、间接胆红素以及胆结石作为暴露因素，胆囊癌、肝细胞癌（hepatocellular carcinoma, LIHC）和胰腺癌（pancreatic adenocarcinoma, PADC）作为研究结果。

在MR分析过程中，研究遵循了STROBE-MR指南，以确保研究的透明性和可重复性。MR分析依赖于三个基本假设：第一，工具变量与暴露因素之间具有强相关性；第二，工具变量对结果的影响必须通过暴露因素间接实现，而非直接作用；第三，工具变量不能对结果产生其他非暴露路径的直接影响。为了满足这些假设，研究对基因变异进行了筛选，排除了连锁不平衡（linkage disequilibrium, LD）较弱的变异，并使用Bonferroni校正方法控制多重假设检验带来的假阳性风险。最终，研究筛选出符合统计学显著性标准（P < 5e–08）的基因变异作为工具变量。

此外，研究还采用了多种MR分析方法，包括逆方差加权（inverse variance weighting, IVW）、加权中位数法（weighted median）、MR-Egger回归分析、简单模式分析和加权模式分析。这些方法在评估因果效应时各有侧重，其中IVW方法因其采用随机效应模型，能够较好地处理异质性，因此成为主要分析方法。为了进一步验证研究结果的稳健性，研究还进行了敏感性分析，包括异质性检验、反向因果关系检验以及单个工具变量剔除分析。

### 三、研究结果

研究发现，直接胆红素与胆囊癌之间存在显著的因果关系，其比值比（odds ratio, OR）为3.07，95%置信区间为1.02–9.22，P值为0.046，表明直接胆红素水平的升高可能显著增加胆囊癌的发病风险。这一结果在两个独立的GWAS数据集中均得到了验证，分别为IEU-A-1057和GCST001404数据集，进一步增强了结论的可信度。

值得注意的是，研究还进行了反向MR分析，以排除直接胆红素与胆囊癌之间可能存在反向因果关系的可能性。反向分析结果显示，胆囊癌对直接胆红素水平没有显著的因果效应（OR ≈ 1，P = 0.9869），说明胆囊癌并不影响直接胆红素的水平，进一步支持了直接胆红素对胆囊癌的正向因果作用。这一结果表明，胆红素可能在胆囊癌的发生中起到了关键的推动作用。

相比之下，总胆红素、间接胆红素和胆结石与胆囊癌、肝细胞癌或胰腺癌之间未显示出显著的因果关系。尽管这些因素在某些疾病中可能具有一定的影响，但在肝胆胰系统恶性肿瘤中并未表现出明显的因果关联。此外，研究还发现，其他暴露因素（如总胆红素和间接胆红素）与肝胆胰恶性肿瘤之间的因果关系尚未被充分证实，可能由于其作用机制更为复杂，或当前的分析方法难以捕捉其潜在影响。

### 四、研究意义与科学价值

本研究的发现具有重要的科学意义和临床应用价值。首先，它揭示了直接胆红素在胆囊癌发生中的关键作用，为理解胆红素在肝胆胰恶性肿瘤中的作用机制提供了新的视角。直接胆红素作为胆红素代谢的重要组成部分，其在胆囊癌中的因果效应可能与胆汁酸代谢紊乱和氧化应激密切相关。这一发现为胆囊癌的预防和治疗提供了潜在的生物标志物，也为未来开发基于胆红素水平的早期筛查工具提供了依据。

其次，研究结果也提示我们，尽管胆红素在某些癌症中具有保护作用，但在肝胆胰系统癌症中可能表现出促癌特性。例如，一些研究发现，胆红素代谢产物（如“胆红素[E, Z或Z, E]水平”）在肝细胞癌和胆管癌中作为独立的危险因素，其升高可能通过诱导肝细胞氧化应激和破坏胆汁酸稳态来增加肿瘤风险。然而，在肺部和淋巴系统癌症中，胆红素的升高可能表现出保护作用，如减少鳞状细胞肺癌和霍奇金淋巴瘤的风险。这种胆红素在不同器官中表现出的双向效应，提示我们应更加关注其在不同组织微环境中的具体作用机制。

此外，研究还指出，胆结石与胆囊癌之间存在一定的关联，但MR分析并未发现胆结石与肝细胞癌或胰腺癌之间的显著因果关系。这可能与胆结石的发病机制复杂有关，其形成可能涉及多种代谢异常和炎症反应，而这些因素在单个MR分析中难以全面揭示。因此，未来的研究需要进一步探讨胆结石与其他肿瘤之间的潜在因果关系，并结合更多环境和生活方式因素进行综合分析。

### 五、研究局限性与未来方向

尽管本研究采用了严谨的MR设计和多种分析方法，但仍存在一些局限性。首先，研究中所使用的基因变异主要来自欧洲人群，而胆囊癌的GWAS数据集（如IEU-A-1057和GCST001404）则包含混合或非欧洲人群的数据。这种跨人群数据的使用可能引入群体结构偏倚，因为不同种族的基因结构和连锁不平衡模式可能存在差异。虽然研究通过严格的质量控制和MR假设检验来减少这种偏倚，但无法完全排除其影响。因此，未来的研究应尽可能使用与研究对象种族匹配的大规模GWAS数据，以提高结果的普遍性和可推广性。

其次，研究中胆囊癌的样本量相对较小（仅41例病例），这可能限制了研究结果的统计效力和一般化能力。虽然研究采用多种统计方法提高了结果的稳健性，但在小样本情况下，仍有可能出现假阴性结果（即未能检测到真实存在的因果关系）。因此，未来的研究应考虑扩大样本规模，特别是对于罕见疾病如胆囊癌，以提高研究的敏感性和特异性。

最后，MR方法本身也存在一定的局限性，例如对工具变量的依赖性、对异质性的处理能力以及对反向因果关系的排除效果等。因此，未来的研究可以考虑结合其他因果推断方法，如贝叶斯网络分析和多变量MR，以进一步提高研究结果的可靠性和解释力。此外，研究还建议，应进一步探索胆红素在肝胆胰恶性肿瘤中的具体生物机制，包括其在细胞层面和组织微环境中的作用。同时，应综合考虑环境和生活方式因素，探讨它们如何与遗传因素相互作用，影响肝胆胰恶性肿瘤的风险。

### 六、研究结论

综上所述，本研究通过MR方法揭示了直接胆红素与胆囊癌之间的显著因果关系，而总胆红素、间接胆红素和胆结石与肝胆胰恶性肿瘤之间未表现出类似的因果效应。这一发现不仅有助于理解胆红素在胆囊癌发生中的作用机制，也为未来肝胆胰恶性肿瘤的预防和治疗提供了新的思路。例如，可以基于直接胆红素水平和遗传风险评分开发动态预测模型，用于早期识别高风险人群。此外，针对胆汁酸代谢通路的靶向干预措施也可能成为未来预防胆囊癌的重要方向。

研究还强调了胆红素在不同器官中的双向作用，提示我们应更加关注其在不同组织微环境中的具体机制。未来的研究可以进一步探索胆红素在肝细胞癌、胰腺癌等疾病中的潜在作用，并结合多组学数据（如代谢组学、蛋白质组学等）来揭示胆红素与肝胆胰恶性肿瘤之间的复杂关系。同时，研究还建议，应进一步分析胆结石与胆囊癌之间的潜在因果关系，并结合非遗传因素，如饮食和生活方式，以更全面地评估其对肝胆胰恶性肿瘤的影响。

### 七、研究贡献与展望

本研究的作者团队包括多个领域的专家，他们在概念设计、数据整理、方法学构建、研究实施和结果分析等方面做出了重要贡献。研究的成功离不开各数据提供方和参与者的支持，特别是OpenGWAS、FinnGen、UK Biobank、GWAS目录和eLIFE等数据库的贡献。这些资源为MR研究提供了坚实的基础，使得研究能够更加系统地分析胆红素与肝胆胰恶性肿瘤之间的关系。

展望未来，随着基因组学、代谢组学和多组学技术的不断发展，MR研究将能够更全面地揭示胆红素在肝胆胰恶性肿瘤中的作用。同时，结合更先进的统计方法和计算工具，未来的研究有望进一步提高因果推断的准确性和解释力。此外，研究还建议，应加强对胆红素代谢相关基因的探索，以更好地理解其在不同疾病中的作用机制，并为个性化医疗和精准预防提供科学依据。

总之，本研究通过MR方法为胆红素与肝胆胰恶性肿瘤之间的因果关系提供了新的证据，同时也指出了未来研究的方向和挑战。这些发现不仅有助于深化对胆红素生物学功能的理解，也为肝胆胰恶性肿瘤的预防和治疗提供了新的思路和工具。