甲状腺功能减退在肝硬化发病机制中的作用：一项回顾性队列研究及多组学整合分析

《PLOS Genetics》：The role of hypothyroidism in cirrhosis pathogenesis: A retrospective cohort study and multi-omics integration analysis

肝硬化和甲状腺功能减退的因果关联及治疗靶点研究，通过多组学整合发现HLA-DQA1和CD27在免疫调控中起关键作用，并验证了甘草酸和左甲状腺素钠等候选药物的多靶点潜力。

　　肝硬化是一种进展性的慢性疾病，具有较高的发病率和死亡率，因此对全球健康构成了重大挑战。现有证据表明，甲状腺功能障碍，尤其是甲状腺功能减退症（hypothyroidism），与肝病之间存在关联。甲状腺功能减退症会干扰代谢、免疫稳态和炎症通路，而这些通路在肝硬化的病理生理过程中起着关键作用。然而，其因果关系和分子机制尚不明确。本文通过整合多种多组学方法，探索了甲状腺功能减退症与肝硬化的因果关系，并揭示了其潜在的分子机制，为未来的研究和治疗提供了新的视角。

### 甲状腺功能减退症与肝硬化的因果关系

研究首先通过回顾性分析MIMIC-IV临床数据库中的纵向数据，探讨了甲状腺功能障碍与肝硬化之间的关联。该数据库包含了来自贝斯以色列女执事医疗中心的364,627名患者的详细数据，涵盖患者的人口统计信息、实验室检测结果、生命体征以及处方记录。研究纳入了39,126名具有甲状腺功能数据的个体，其中包括1,360名肝硬化患者和37,766名健康对照组。通过排除缺失肝功能检测、血清电解质或人口统计信息的患者，最终确定了529名肝硬化患者和7,664名健康对照组作为分析队列。结果显示，肝硬化患者中明显存在更高比例的甲状腺功能减退症，包括明显的甲状腺功能减退症和亚临床甲状腺功能减退症。在调整了人口统计信息、血清电解质和肝功能检测指标后，这一趋势仍然显著，表明甲状腺功能减退症是肝硬化的一个独立风险因素。

### 共同的遗传基础

为了进一步探讨甲状腺功能减退症和肝硬化之间是否存在共同的遗传基础，研究采用了连锁不平衡得分回归（LDSC）方法来评估两者之间的遗传相关性。LDSC分析显示，甲状腺功能减退症和肝硬化之间存在显著的正向遗传相关性（P=4×10??，rg=0.2135），这表明两者在遗传风险方面存在共享的遗传因素。此外，通过SNP基遗传力分析，研究发现两者都具有显著的遗传力。甲状腺功能减退症的遗传力估计为17.64%（SE=1.48%），而肝硬化的遗传力为12.93%（SE=2.10%），且两者的P值均小于1×10??。这些发现强调了遗传因素在两者发病机制中的重要性。

### 双向孟德尔随机化揭示因果效应

基于上述遗传相关性的发现，研究进一步利用双向孟德尔随机化（MR）框架，结合发现队列和验证队列，探讨了甲状腺功能减退症对肝硬化的影响。主分析采用发现队列中的数据，结果显示甲状腺功能减退症与肝硬化之间存在显著的因果关联（P=9.7×10??，OR[95% CI]=1.06[1.02–1.09]）。该分析未发现双向水平多效性（horizontal pleiotropy）和异质性（heterogeneity）的证据（P=0.81和P=0.35），进一步支持了甲状腺功能减退症对肝硬化具有因果效应的结论。为了验证这一结果的稳健性，研究还进行了三次额外分析，其中两次分析也显示出统计学上的显著关联（P=3.6×10?3，OR[95% CI]=1.06[1.02–1.09]；P=8.4×10?3，OR[95% CI]=1.08[1.02–1.15]）。尽管其中一次分析使用来自FinnGen联盟的数据，未能达到统计学显著性（P=8.4×10?2，OR[95% CI]=1.05[0.99–1.11]），但其效应方向与主分析结果一致。通过综合所有四个分析结果，研究进行了元分析，进一步确认了甲状腺功能减退症与肝硬化之间的因果关系（P<1×10??，OR[95% CI]=1.06[1.04–1.08]）。

### 转录组全基因关联分析（TWAS）识别共享风险基因

为了识别甲状腺功能减退症和肝硬化之间的共享风险基因，研究采用了一种两步TWAS策略。首先，利用甲状腺功能减退症数据集进行TWAS分析，共识别出292个显著关联的基因（P<0.05）。随后，将这些基因与肝硬化数据集进行交叉分析，最终识别出46个显著关联的基因，表明它们可能在两种疾病的共同遗传架构中发挥作用。其中，部分基因的表达在甲状腺功能减退症和肝硬化患者中均表现出显著变化，例如HLA-DQA1和CD27。这些基因被进一步标记为关键基因，可能在疾病进展中发挥重要作用。

### 基因表达差异与免疫通路的关联

基于遗传学发现，研究进一步探讨了甲状腺功能减退症和肝硬化之间可能的分子通路和功能基因模块。差异表达分析（DEG）结果显示，甲状腺功能减退症与肝硬化分别有516个和1,313个显著关联的基因。火山图（volcano plot）直观地展示了这些基因的表达差异。随后，研究使用加权基因共表达网络分析（WGCNA）方法，识别出甲状腺功能减退症数据集中的五个基因模块，其中蓝色模块（WGCNA-HT，包含4,393个基因）与疾病表型表现出最强的正相关性（P=2×10?2，r=0.59）。同样，在肝硬化数据集中，研究识别出六个基因模块，其中青色模块（WGCNA-LC，包含4,629个基因）与疾病表型表现出最显著的正相关性（P=2×10?3?，r=0.94）。功能富集分析进一步揭示了这些基因与免疫相关通路的联系，包括T细胞激活、淋巴细胞激活、MHC蛋白复合物、MHC II受体活性以及抗原结合等。

### 单细胞RNA测序揭示免疫细胞动态变化

研究进一步利用单细胞RNA测序（scRNA-seq）分析了不同免疫细胞在疾病进展中的表达动态。经过质量控制后，共筛选出67,285个细胞，并将其分为21个不同的细胞簇。通过特征基因的注释，这些细胞簇被归类为9种主要的免疫细胞类型，包括T细胞、B细胞、自然杀伤细胞（NK细胞）等。结果显示，CD27在T细胞、B细胞和NK细胞中的表达随着疾病进展而增加，而HLA-DQA1在巨噬细胞和B细胞中的表达则下降，但在单核细胞和浆细胞样树突状细胞（pDC）中表达增加。这种表达模式的变化提示了甲状腺功能减退症可能通过影响HLA-DQA1的表达，进而改变巨噬细胞的抗原呈递功能，从而促进肝硬化的发生。此外，随着疾病进展，CD8? T细胞与巨噬细胞之间的相互作用逐渐增强，这可能是由于HLA-DQA1表达下调引发的补偿性免疫反应，进一步加剧了肝脏炎症和纤维化。

### 潜在的治疗靶点与药物筛选

为了评估HLA-DQA1和CD27作为治疗靶点的可行性，研究系统地分析了针对这些基因的化合物。结果显示，甘草酸（glycyrrhizic acid）作为一种肝脏和胆道治疗药物，表现出对HLA-DQA1和CD27的强结合能力，其结合亲和力显著高于甲状腺靶向药物。具体而言，甘草酸对HLA-DQA1的结合亲和力为-24.5 kcal/mol（Ki=1.1 aM），对CD27的结合亲和力为-18.22 kcal/mol（Ki=44.11 fM），这比甲状腺靶向药物高1至2个数量级。此外，研究还发现，resmetirom和左甲状腺素钠（levothyroxine sodium）也显示出对这两种基因的显著结合能力。resmetirom作为一种新型的非酒精性脂肪性肝炎（NASH）治疗药物，通过选择性激活甲状腺激素受体β（THR-β）发挥作用，能够有效减轻肝脏脂质沉积、炎症和纤维化。而左甲状腺素钠作为甲状腺功能减退症的一线治疗药物，尽管可能在某些情况下引起代谢压力导致的肝脏损伤，但其对肝脏的毒性较低，表明其在治疗甲状腺功能减退症的同时，可能对肝硬化具有一定的保护作用。

### 潜在副作用评估

为了评估针对HLA-DQA1和CD27的治疗策略的安全性，研究进一步利用表型宽泛的孟德尔随机化（PheW-MR）方法，分析了675种疾病特征。结果表明，HLA-DQA1的表达增加与15种疾病显著相关，其中10种疾病表现出较低的风险，如胃炎和十二指肠炎、缺铁性贫血等。然而，HLA-DQA1的表达增加也与铁代谢障碍和矿物质代谢紊乱等疾病相关，表明其可能对某些病理过程产生双重影响。相比之下，CD27作为治疗靶点的关联性较低，且未发现显著的副作用。这些结果提示，HLA-DQA1可能是一个具有广泛影响的治疗靶点，而CD27则可能具有更高的靶向性和较低的系统性副作用。

### 临床意义与未来研究方向

本研究首次揭示了甲状腺功能减退症与肝硬化的因果关系，并识别了HLA-DQA1和CD27作为潜在的治疗靶点。这些发现不仅提供了新的生物学见解，还为肝硬化的临床干预和药物开发提供了方向。此外，研究强调了多组学整合方法在揭示复杂疾病机制中的重要性。通过结合临床队列、遗传数据、转录组数据以及单细胞分析，研究能够系统地解析甲状腺功能减退症与肝硬化的相互作用，为未来的精准医学和个体化治疗提供了理论基础。

尽管本研究取得了重要进展，但仍存在一些局限性。首先，研究主要基于欧洲人群的数据，可能限制了其在其他种族中的普适性。其次，由于对照组较少接受相关临床检查，导致数据缺失，这可能引入选择偏差。因此，未来的研究需要在更广泛的队列中进行验证，包括亚洲和非洲人群。此外，研究中使用的甲状腺功能减退症数据主要来源于自身免疫性甲状腺疾病（如桥本甲状腺炎），这可能掩盖了其他类型的甲状腺功能减退症对肝硬化的潜在影响。因此，未来应进一步收集明确的甲状腺功能减退症样本，以验证本研究的发现。最后，研究主要关注了免疫机制，但甲状腺功能减退症可能还涉及其他机制，如代谢紊乱和激素调节。因此，未来的研究应考虑整合代谢组学数据和甲状腺激素信号通路分析，以更全面地理解疾病机制。

综上所述，本研究通过整合多种多组学方法，揭示了甲状腺功能减退症与肝硬化的复杂因果关系，并识别了HLA-DQA1和CD27作为潜在的治疗靶点。这些发现不仅有助于理解甲状腺功能减退症对肝硬化的促进作用，还为未来的临床干预和药物开发提供了新的思路。随着对疾病机制的进一步探索，我们有望找到更有效的治疗策略，以改善肝硬化患者的预后，并减少其对公共健康的负担。