生活方式与年龄相关疾病关联中IgG N-糖组的孟德尔随机化及中介效应检验

《MEDIATORS OF INFLAMMATION》：Mendelian Randomization and Mediation Examination of the IgG N-Glycome Link Between Lifestyles and Age-Related Diseases

　　

摘要专业翻译 背景：生活方式通过慢性炎症与年龄相关疾病相关联，但其介导通路尚不明确。免疫球蛋白G（IgG）通过改变N-聚糖（N-glycans）调节炎症反应。然而，目前缺乏关于IgG N-糖基化（IgG N-glycosylation）在生活方式与年龄相关疾病关联中起中介作用的证据。 方法：本研究在东亚和欧洲人群中开展了两步孟德尔随机化（two-step Mendelian randomization，MR）设计，以评估IgG N-糖基化在生活方式与年龄相关疾病关联中的中介作用。在欧洲人群中，选取32种生活方式作为暴露因素、23个直接聚糖性状（glycan direct traits）作为候选中介变量、25种年龄相关疾病纳入MR分析。在东亚人群中，分析了13种生活方式、24个候选中介变量和14种结局。研究人员采用逆方差加权法（inverse-variance weighting，IVW）作为主要分析方法，并辅以敏感性分析。 结果：在具有欧洲血统的人群中，对3条将IgG N-聚糖视为潜在中介变量的通路进行了中介MR分析。研究人员观察到聚糖峰（glycan peak，GP）10在研磨咖啡摄入与类风湿关节炎（rheumatoid arthritis，RA）关联中可能发挥中介作用（β = ?1.614，p = 0.023），但GP15未显示中介效应（β = 1.385，p = 0.069）。未观察到GP22在干果摄入与认知功能之间存在中介效应（β = 0.063，p = 0.092）。此外，强化葡萄酒摄入通过N-聚糖（包括GP7、GP19、GP23和GP24）对阿尔茨海默病（Alzheimer's disease，AD）均未显示中介效应（所有p值均>0.05）。在东亚人群中未检测到中介通路。 结论：中介MR分析提供了提示性证据，表明GP10可能在研磨咖啡摄入与RA的关联中发挥作用。有必要开展进一步的前瞻性队列研究和机制实验，以探索潜在的通路机制。

论文解读

一、研究背景与问题提出

衰老是一个复杂的生物学过程，可导致广泛的功能衰退，并增加骨关节炎、痴呆、心血管疾病和癌症等年龄相关疾病的易感性。既往研究已将慢性炎症确立为衰老的核心标志之一，不健康的生活方式可能通过促进全身性慢性炎症进而诱发年龄相关疾病。衰老科学（geroscience）强调，衰老与年龄相关疾病共享若干基本机制支柱，而这些机制在很大程度上汇聚于炎症过程。特别是随衰老发展而出现的低度慢性炎症，即“炎症衰老”（inflammaging），被认为是连接生活方式与年龄相关疾病的关键环节。

糖基化（glycosylation）作为一种普遍存在的翻译后修饰，深刻影响蛋白质的功能、稳定性、亚细胞定位等特性。免疫球蛋白G（IgG）在其CH₂结构域的天冬酰胺297位点携带两个保守的N-聚糖，这些聚糖结构充当IgG促炎与抗炎状态之间的分子开关。IgG糖基化的结构变异已被证实与衰老进程及多种年龄相关疾病有关。同时，IgG糖基化具有动态可塑性，可被生活方式干预（如体育锻炼、低热量饮食、减重手术）和药物干预所改变。

然而，既往观察性研究若要探索IgG N-糖基化在生活方式与年龄相关疾病关联中的潜在中介作用，需要长期随访和大样本队列，相关证据十分匮乏。孟德尔随机化（Mendelian randomization，MR）利用遗传变异作为工具变量（instrumental variables，IVs）推断因果关系，由于遗传变异在受孕时随机分配，因果关联通常不易受混杂偏倚和反向因果的影响。两步MR作为MR框架的扩展，可估计中介效应。基于此，研究人员提出假设：生活方式对年龄相关疾病的影响可能通过IgG的N-糖基化介导其效应功能（促炎与抗炎），并采用两步MR设计在东亚和欧洲人群中系统评估这一中介通路。

二、研究设计与关键方法

本研究采用两步孟德尔随机化设计，在东亚和欧洲人群中评估IgG N-糖基化在生活方式与年龄相关疾病关联中的中介作用。研究遵循STROBE-MR报告规范。工具变量选择遵循以下标准：欧洲人群采用全基因组显著水平（p < 5 × 10^?8），东亚人群采用较宽松阈值（p < 5 × 10^?6或p < 1 × 10^?5）；连锁不平衡（linkage disequilibrium，LD）聚类阈值设为r² < 0.001，参考1000基因组计划的东亚和欧洲样本。所有纳入SNP的F统计量均大于10，以排除弱工具变量偏倚。

数据来源方面：生活方式数据在欧洲人群来自公开可用的全基因组关联研究（genome-wide association study，GWAS）汇总数据，涵盖体力活动和29种饮食行为；东亚人群的13种饮食行为数据来自日本生物样本库（BioBank Japan，BBJ）。年龄相关疾病数据在欧洲人群涵盖类风湿关节炎（RA）、卒中及其亚型、骨质疏松、冠心病、心肌梗死、12种癌症、6种神经退行性疾病和5种衰老相关分泌表型（senescence-associated secretory phenotype，SASP）；东亚人群数据来自BBJ，涵盖RA、缺血性卒中、骨质疏松、帕金森病和10种癌症。IgG N-聚糖数据方面，欧洲人群采用最大的公开GWAS汇总数据集（8090例欧洲个体），提供23个直接聚糖性状（GP1-2和GP4-24）；东亚人群的IgG N-糖组数据来自北京宣武医院的536例汉族个体血液样本，经全基因组分析获得。

统计分析方法包括：单变量孟德尔随机化（univariable MR，UVMR）以逆方差加权（IVW）为主要方法，辅以加权中位数法（weighted median，WM）、惩罚加权中位数法（penalized WM，PWM）和MR-PRESSO进行敏感性分析；多变量孟德尔随机化（multivariable MR，MVMR）采用MV-IVW和MV-Egger方法，在调整生活方式后评估IgG N-糖组对年龄相关疾病的因果效应；中介效应采用系数乘积法（β₁ × β₂）估计，中介比例由中介效应除以总效应计算，标准误采用delta方法推导。多重检验校正采用Bonferroni校正。

三、研究结果

3.1 生活方式对年龄相关疾病的总效应

在欧洲人群中，研究人员评估了32种生活方式与25种年龄相关疾病的因果关联，工具SNP的F统计量范围为29.78至3390.21，表明不存在弱工具变量。在东亚人群中，分析了13种生活方式与14种年龄相关疾病的关联，F统计量均大于10。研究发现3种生活方式因素与缺血性卒中、饮酒状态与骨质疏松、3种生活方式因素与肺癌、每周饮酒量与结直肠癌、牛奶摄入与前列腺癌、纳豆摄入与子宫内膜癌、3种因素与胃癌之间存在提示性关联证据。经多重检验校正后，欧洲和东亚人群的UVMR结果均未达到统计学显著水平，表明所获得的因果关联仅具有名义显著性，提供提示性证据。

3.2 生活方式对IgG N-糖基化的效应

两步MR设计的第一步采用UVMR评估生活方式对IgG N-聚糖的因果效应。所有变异均以F统计量>10稳健关联于暴露因素。在欧洲人群中，以p < 0.05为阈值，研究揭示了4对体力活动-聚糖关联和31对饮食行为-聚糖关联。在东亚人群中，IVW结果揭示了7种生活方式因素与聚糖之间的提示性因果关联。然而，经多重检验校正后，欧洲人群（p < 0.05/23 × 32，即6.793 × 10^?5）和东亚人群（p < 0.05/24 × 13，即1.603 × 10^?4）均未观察到显著因果关系。反向MR分析在欧洲人群中发现4对IgG N-聚糖-生活方式关联的提示性证据，在东亚人群中发现11个潜在因果关联，但经多重检验校正后均无显著结果。

3.3 IgG N-糖基化对年龄相关疾病的效应

通过MVMR分析，研究人员评估了第一步筛选出的潜在中介变量对年龄相关疾病的因果效应。欧洲人群的22条通路的MVMR分析未提供生活方式与年龄相关疾病之间直接效应的证据（p值均远高于0.05）。在调整干果摄入后，遗传预测的GP22与认知功能存在提示性因果关联（OR = 0.967，95% CI = 0.944–0.991；p = 0.008）。经Bonferroni校正后，GP10（OR = 2.142，95% CI = 1.575–2.913，p = 1.195 × 10^?6）和GP15（OR = 0.427，95% CI = 0.296–0.615，p = 4.802 × 10^?6）与RA存在显著因果关联。在强化葡萄酒摄入与IgG聚糖及AD的MVMR分析中，GP24在常规阈值0.05下可影响AD（OR = 1.050，95% CI = 1.014–1.088；p = 0.006），其余聚糖性状的关联不显著。在东亚人群中，控制生活方式效应后，IgG N-聚糖与年龄相关疾病的关联不再显著（所有p值均>0.05）。

3.4 IgG N-糖基化的中介效应

中介效应估计在欧洲血统个体中对3条通路进行：干果摄入→认知功能、研磨咖啡摄入→RA、强化葡萄酒摄入→AD。GP22在干果摄入至认知功能通路中的中介效应未达统计学显著（β = 0.063；95% CI = ?0.005至0.073；p = 0.092）。强化葡萄酒摄入对AD的因果效应中，GP7（p = 0.315）、GP19（p = 0.149）、GP23（p = 0.244）和GP24（p = 0.096）均未显示中介作用。在研磨咖啡摄入与RA的关联通路中，GP10在名义显著性阈值p < 0.05下显示潜在中介作用，估计抑制比例为70.4%（β = ?1.614，95% CI：?3.009至?0.219；p = 0.023），但未超越Bonferroni校正阈值（p < 0.05/7）；GP15未观察到显著中介效应（β = 1.385，95% CI = ?0.110至2.880；p = 0.069）。由于东亚人群中未发现生活方式与聚糖之间的因果效应，未在东亚人群中评估聚糖性状的中介效应。

四、讨论与结论

本研究是首个在东亚和欧洲人群中评估IgG N-糖基化在生活方式与年龄相关疾病之间中介效应的研究。研究发现了GP10（FA2[6]BG1）在研磨咖啡摄入至RA通路中的负向中介效应，这一发现具有生物学合理性：氧化应激可激活多种转录因子促进炎症启动，而咖啡摄入因其丰富的抗氧化特性可降低氧化应激和炎症标志物。GP10由含平分型GlcNAc的单半乳糖基化和岩藻糖基化结构组成，既往研究表明IgG聚糖的半乳糖基化可能通过与FcγRIIB和Dectin-1相互作用调节炎症反应，从而抑制补体介导的炎症。平分型GlcNAc修饰可影响末端糖基化过程并抑制核心岩藻糖和唾液酸的生物合成。此外，SMARCB1-DERL3基因座已被证实与GP10水平调控相关，支持IgG N-糖基化与RA发病机制之间潜在的分子联系。

研究的主要优势在于采用MR研究设计，结合规范且特定的中介筛选标准，主要分析中的稳健因果关联进一步经敏感性分析验证。局限性包括：遗传变异通常仅解释表型变异的很小比例，MR需要大样本量；本研究的IgG N-聚糖样本量（欧洲8090例、东亚536例）相对于暴露和结局仍有限；两步MR框架无法建模多个中介变量的交互作用，且IgG N-聚糖性状共享相同结构；尽管通过MR-Egger和MR-PRESSO评估了多效性，仍无法完全排除残余多效效应；HILIC-UPLC检测方法无法区分Fab糖基化与Fc糖基化，Fab区约15%–20%的糖基化贡献无法完全排除。

东亚人群中未观察到显著中介效应需谨慎解读，可能原因包括：东亚人群样本量较小（n = 536），真实效应可能过小而无法检测；中国与日本人群之间饮食暴露存在显著异质性；不同族裔间IgG糖基化模式存在由遗传和环境因素共同决定的差异。

结论：中介MR设计提供了提示性证据，表明GP10可能在咖啡摄入与RA的关联中发挥作用。然而，这些发现应被解读为MR产生的假设生成性证据而非因果关系。有必要通过机制研究和前瞻性队列进行独立验证，以检验所观察到的中介模式并探索潜在的通路机制。