循环代谢物与皮肤癌的关联：一项双向两样本孟德尔随机化研究

《Cancer Medicine》：Associations Between Circulating Metabolites and Skin Cancer: A Bidirectional Two-Sample Mendelian Randomization Study

　　

中文翻译（摘要部分） 背景： 皮肤癌是全球最常见的癌症类型，分为黑色素瘤（melanoma）和非黑色素瘤（non-melanoma）两大类。虽然遗传因素在皮肤癌的发生发展中起关键作用，但代谢组学（metabolomics）的最新进展揭示，循环代谢物（circulating metabolites）可影响遗传风险谱。 方法： 本研究采用双向两样本孟德尔随机化（Mendelian Randomization，MR）方法，分析来自加拿大衰老纵向研究（Canadian Longitudinal Study of Aging，CLSA）的代谢物数据集以及来自英国生物样本库（UK Biobank）的皮肤癌数据集。使用芬兰基因（FinnGen）项目第10轮数据开展重复验证分析。工具变量（Instrumental Variables，IVs）依据既定的MR标准进行筛选，并通过Wald比值法（Wald ratio）、逆方差加权法（IVW）、MR-Egger法和加权中位数法（weighted median）进行评估。利用Cochrane's Q检验、Egger截距、MR-PRESSO和留一法（leave-one-out，LOO）等多种敏感性分析方法进行验证。 结果： 经过细致分析，研究人员确定了循环代谢物与皮肤癌风险之间的因果关系。具体而言，1,2-二亚油酰-GPE（18:2/18:2）、1-棕榈酰-2-亚油酰-GPC（16:0/18:2）、1-硬脂酰-2-花生四烯酰-GPC（18:0/20:4）、1-硬脂酰-2-亚油酰-GPC（18:0/18:2）、二十二碳五烯酸n3 DPA（Docosapentaenoate n3 DPA）、花生四烯酸（20:4n6）与油酸及异油酸（18:1）之比、油酰-亚油酰-甘油（18:1至18:2）与亚油酰-花生四烯酰-甘油（18:2至20:4）之比与非黑色素瘤皮肤癌相关；而反式尿刊酸（trans-urocanate）水平与皮肤黑色素瘤存在因果关系，S-腺苷同型半胱氨酸（S-adenosylhomocysteine，SAH）则显示出推测性关联。需要指出的是，二十二碳五烯酸n3 DPA和SAH均仅由单个SNP支持，应视为产生假说的证据而非确定性因果证据。反向MR分析分别确定了18种和10种代谢物与非黑色素瘤皮肤癌和皮肤黑色素瘤之间存在稳健的因果关系。 结论： 这些发现加深了研究人员对皮肤癌病因学和风险因素的理解，为产生假说的关联提供了遗传学证据，有助于支持靶向治疗开发并辅助潜在生物标志物的识别。

论文解读

一、研究背景与意义

皮肤癌是全球最常见的恶性肿瘤类型，主要分为黑色素瘤和非黑色素瘤两大类。黑色素瘤虽然相对少见，但已成为新发癌症病例中第五常见的类型，且以每年2%–3%的速度递增。非黑色素瘤皮肤癌（包括基底细胞癌和鳞状细胞癌）则更为普遍，但侵袭性通常较低。皮肤癌的关键危险因素包括紫外线（UV）暴露、遗传因素、浅色肤色以及晒伤或使用日光浴床的历史。尽管对这些因素已有大量研究，但皮肤癌发生的分子机制，尤其是遗传因素与代谢过程之间的相互作用，仍未完全阐明。

代谢组学作为系统研究生物体内代谢物的学科，已成为理解疾病发病机制的重要领域。代谢物是参与代谢的小分子物质，是细胞过程的产物，能够反映机体的生理状态以及遗传、环境和生活方式因素引起的变化。近年研究提示，血液中循环的代谢物可能作为癌症早期检测和预后判断的有用指标。然而，传统的观察性研究在探讨代谢物与皮肤癌关联时，往往面临混杂因素、选择偏倚和反向因果等问题。孟德尔随机化利用遗传变异作为工具变量，基于等位基因在减数分裂时随机分配的孟德尔遗传定律，可有效规避观察性研究中的常见混杂，从而提供比传统观察方法更可靠的因果证据。

二、研究设计与主要发现

本研究旨在利用双向两样本孟德尔随机化方法，系统探讨循环代谢物与不同类型皮肤癌（黑色素瘤和非黑色素瘤）之间的因果关系。研究遵循STROBE-MR指南，基于三个核心假设：关联性假设（工具变量与暴露强相关）、独立性假设（工具变量不受混杂因素影响）和排他性假设（工具变量仅通过暴露影响结局）。采用两样本MR设计可避免在同一队列中评估暴露和结局的局限，增强统计稳健性；双向MR设计则有助于精确判定暴露与结局之间的因果方向。

研究使用加拿大衰老纵向研究（CLSA）的循环代谢物全基因组关联研究（GWAS）汇总数据作为暴露数据集（GWAS catalog编号GCST90199621至GCST90201020），以英国生物样本库（UK Biobank）的黑色素瘤和非黑色素瘤皮肤癌GWAS汇总数据作为主要结局数据集，并以芬兰基因（FinnGen）项目第10轮数据进行重复验证。工具变量筛选采用p值<5×10^?8的严格阈值，基于1000 Genomes计划欧洲人群数据排除连锁不平衡（LD）区域（1000 kb范围内R²>0.01）的SNP。对于单个SNP的表型采用Wald比值法，两个SNP或异质性检验p≥0.05时采用固定效应逆方差加权（IVW）法，三个以上SNP且异质性检验p<0.05时采用随机效应IVW法作为主要分析方法，同时辅以MR-Egger和加权中位数法。敏感性分析包括Cochrane's Q检验、Egger截距、MR-PRESSO和留一法（LOO）。Steiger检验用于判断反向因果的可能性。所有统计计算使用R软件（4.3.2版本）完成，工具变量的强度通过F统计量（>10）和解释方差比（R²）评估。

三、研究结果

3.1 纳入工具变量的特征： 经有效性验证，共识别3587个SNP，每个表型对应1至38个SNP。平均R²为1.40%，范围0.36%至23.26%；平均F统计量为116.87，范围29.71至2297.79，确认所有SNP均为有效的MR分析工具。

3.2 主要MR分析结果： 基于UK Biobank数据的初步分析，确定了11种循环代谢物的遗传标志物与非黑色素瘤皮肤癌风险之间的因果关系，以及9种代谢物与黑色素瘤风险的因果关联。对于由三个及以上IV代表的代谢物，MR-Egger和加权中位数方法验证了因果结论的一致性。

3.3 敏感性分析： 绝大多数因果估计未显示异质性或水平多效性，唯一例外是4-胍基丁酸水平对非黑色素瘤皮肤癌风险的影响。MR-PRESSO未发现离群值，留一法分析中排除SNP后因果方向未发生改变，Steiger检验进一步验证了代谢物向皮肤癌的因果方向。

3.4 重复验证分析： 利用FinnGen项目数据进行重复分析，确认了1,2-二亚油酰-GPE（18:2/18:2）、1-棕榈酰-2-亚油酰-GPC（16:0/18:2）、1-硬脂酰-2-花生四烯酰-GPC（18:0/20:4）、1-硬脂酰-2-亚油酰-GPC（18:0/18:2）、花生四烯酸（20:4n6）与油酸及异油酸（18:1）之比、油酰-亚油酰-甘油（18:1至18:2）与亚油酰-花生四烯酰-甘油（18:2至20:4）之比与非黑色素瘤皮肤癌的因果关联。二十二碳五烯酸n3 DPA基于单SNP Wald比值估计显示推测性关联。重复验证也确认了反式尿刊酸与黑色素瘤的关联，S-腺苷同型半胱氨酸（SAH）基于单SNP Wald比值估计显示推测性关联。

3.5 反向MR分析： 反向分析使用63个SNP。UK Biobank数据分析显示92种代谢物与非黑色素瘤皮肤癌、74种代谢物与黑色素瘤存在因果关联。将UK Biobank与FinnGen数据集结果取交集后，最终确定18种代谢物与非黑色素瘤皮肤癌、9种代谢物与黑色素瘤存在一致的因果关系。

四、讨论与结论

在最终确定的与非黑色素瘤皮肤癌相关的七种代谢物中，三种为甘油磷脂酰胆碱（GPC）类脂质。磷脂酰胆碱长期被视为癌症中的关键代谢物，GPC是其核心通路。研究表明，内源性GPC在UV诱导的过氧化物酶体增殖物激活受体γ（PPARγ）激活中充当介质，调节表皮细胞的炎症和细胞因子释放。UV还可直接诱导皮肤产生血小板活化因子（PAF），促进GPC氧化并进一步调节细胞凋亡和光致癌效应。此外，GPC可能参与塑造肿瘤免疫微环境——UV诱导角质形成细胞产生富含GPC的微囊泡颗粒，进而诱导系统性免疫抑制，促进光致癌作用。值得注意的是，1-棕榈酰-2-亚油酰-GPC（16:0/18:2）和1-硬脂酰-2-亚油酰-GPC（18:0/18:2）表现出保护效应，而1-硬脂酰-2-花生四烯酰-GPC（18:0/20:4）表现出诱导效应，这可能归因于前两者含有具有抗炎和抗氧化特性的亚油酸，而后者因含有花生四烯酸而具有促炎特性。1,2-二亚油酰-GPE（18:2/18:2）参与细胞膜的组成和流动性，其中亚油酸的存在提示多不饱和脂肪酸（PUFA）在皮肤癌发病机制中的作用。

对于皮肤黑色素瘤，研究发现反式尿刊酸和SAH可能在其发生发展中发挥重要作用。反式尿刊酸是组氨酸衍生的代谢物，广泛存在于皮肤中，作为天然UV过滤器，同时具有免疫调节特性，可抑制免疫反应和减轻炎症。皮肤炎症与黑色素瘤发生密切相关，提示反式尿刊酸可能通过UV诱导的免疫调节影响黑色素瘤风险。SAH是S-腺苷甲硫氨酸甲基转移的副产物，是甲基化反应的负调控因子。由于该关联仅基于单一遗传工具，研究将其作为产生假说的发现，需进一步以多SNP工具或实验验证。

反向MR分析揭示了疾病通路的新线索。除正向分析中确定的GPC和GPE衍生物外，N-氨甲酰丙氨酸和犬尿氨酸等氨基酸代谢物也与非黑色素瘤皮肤癌存在因果关联。研究提示色氨酸/犬尿氨酸比值可能作为皮肤癌的非侵入性生物标志物。与黑色素瘤相关的代谢物与非黑色素瘤皮肤癌显著不同，反映了不同的代谢表型。

研究存在以下局限性：暴露和结局数据均来自欧洲人群，缺乏跨种族的验证证据；部分因果关系仅由一或两个SNP介导，难以进行敏感性分析，可靠性受限——具体涉及二十二碳五烯酸n3 DPA（非黑色素瘤皮肤癌）和S-腺苷同型半胱氨酸（黑色素瘤），应视为推测性关联而非确定性因果关系；研究仅依赖循环（系统性）代谢物，而许多关键光代谢物和色素相关中间体在皮肤局部产生，可能无法在基于血浆的GWAS数据中充分反映，造成转化层面的缺口。

研究结论： 这项双向两样本孟德尔随机化研究揭示了循环代谢物与黑色素瘤和非黑色素瘤皮肤癌风险之间潜在的因果关系，并确定了一组优先的候选关联。这些发现加深了研究人员对皮肤癌相关代谢改变的理解，突出了产生假说的生物标志物和治疗靶点。该领域的持续研究有望改善皮肤癌的早期检测、预防和治疗，最终促进更好的患者预后。