11+肠道微生物群+孟德尔随机化

今天给同学们分享一篇孟德尔随机化的生信文章“Causal relationship between gut microbiota and cancers: a two-sample Mendelian randomisation study ”，这篇文章于2023年2月21日发表在 BMC Med 期刊上，影响因子为11.15。

观察性研究和临床试验的证据表明，肠道微生物群与癌症有关。然而，肠道微生物群与癌症之间的因果关系尚待确定。

一、SNP选择

首先，作者在门、纲、目、科和属水平上分别鉴定了91、307、289、310和397个与肠道微生物群相关的SNPs，其显著性水平为p<5×10−8。作者在门、纲、目、科和属的水平上分别鉴定了228499488811和1374个SNPs，其显著性水平为p＜1×10−6。经过一系列质量控制步骤，277个（全基因组统计显著性阈值，p＜1×10−6）和23个（全基因统计显著性阈，p＜5×10−8）SNPs被选为IVs。

IVs的F统计数据大多>10，表明没有证据表明存在弱偏倚，MR-PRESSO全局检验也没有检测到多效性效应的证据（p>0.05）。最终，在去除MR-PRESSO异常值检验和MR-Egger回归确定的多效性SNPs后，没有证据表明IVs具有水平多效性（MR-PRESSO全局检验均p>0.05，MR-Egger回归均p>0.05）。

使用四种MR方法对含有多个SNPs的细菌属进行测试，以考虑多重测试校正。在作为IVs的小于全基因组统计显著性阈值（5×10−8）的SNPs集合中，不同分类群水平的显著性阈值设置为：phylum p = 5 × 10−2 (0.05/1), class p = 5 × 10−2 (0.05/1), order p = 2.5 × 10−2 (0.05/2), family p = 1.25 × 10−2 (0.05/4), and genus p = 4.54 × 10−3 (0.05/11)。在作为IVs的小于全基因组统计显著性阈值（1×10−6）的SNPs集合中，不同分类群水平的显著性阈值设置为：phylum p = 5.55 × 10−3 (0.05/9), class p = 3.33 × 10−3 (0.05/15), order p = 2.5 × 10−2 (0.05/15), family p = 2.08 × 10−3 (0.05/24), and genus p = 6.25 × 10−4 (0.05/80).。

二、肠道微生物群对八种癌症发生的因果影响

1. 乳腺癌

在一组IVs（p<5×10−8）中，作者发现放线菌门（优势比（OR）=1.011，95%CI=1.001–1.020，p=1.75×10‐2）与癌症有因果关系，放线菌类与癌症患者有因果关系；Neale Lab（OR=1.010，95%CI=1.003-1.018，p=5.62×10-3）、UK Biobank（OR=1.012，95%CI=1.001-1.022，p=2.58×10-2，IVW）和MRC-IEU（OR=1.006，95%Cl=1.000-1.012，p=3.32×10-2）确定了放线菌与乳腺癌之间的因果关系。此外，瘤胃球菌属UCG013也与乳腺癌症有因果关系（OR=0.983，95%CI=0.972-0.994，p=4.35×10−3）。令人惊讶的是，双歧杆菌科和双歧杆菌目也与乳腺癌症有因果关系（OR=1.010，95%CI=1.002-1.017，p=5.62×10−3）；因此，作者在英国生物银行数据库中进行了核磁共振分析，结果相似（OR=1.009，95%CI=1.000–1.018，p=3.57×10−2）（图1）。

图1  肠道微生物组与癌症风险之间因果关系的孟德尔随机化结果（p<5×10−8）

作者在另一组IVs中发现了更多与乳腺癌症相关的肠道微生物群（p<1×10−6），作者还发现诺氏瘤胃球菌属与乳腺癌症有因果关系（OR=1.466，95%CI=1.251–1.718，p=2.15×10-6，IVW），尤其是ER+乳腺癌症（OR=1.549，95%CI=1.285–1.866，p=4.27×10-6（IVW）；Oscillibacter属与ER−乳腺癌症有因果关系（OR=2.045，95%CI=1.393–3.002，p=2.58×10−4，IVW）（图2）。

图2 肠道微生物组与乳腺癌症风险之间因果关系的孟德尔随机化结果（p<1×10−6）

2. 肺癌

在一组IVs（p<5×10−8）中，作者发现放线菌门（OR=1.005，95%CI=1.000–1.010，p=2.42×10-2）和放线菌类（OR=1.004，95%CI=1.000-1.008，p=3.12×10-2）与肺癌有因果关系。Tyzzerella3属与肺腺癌有因果关系（OR=4.486，95%CI=1.641–12.263，p=3.43×10−3）（图1）。作者在另一组静脉注射中发现了更多与癌症相关的肠道微生物群（p<1×10−6），作者发现乳杆菌目与鳞状细胞肺癌（OR=3.181，95%CI=1.517–6.666，p=2.17×10−3，IVW）和小细胞癌症（OR=68.83，95%CI=4.182–1132.79，p=3.06 x 10−3，IVV）有因果关系，而伯克霍尔德菌（OR=0.553，95%CI=0.375–0.815，p=2.75×10−3，IVW）与肺癌有因果关系（图3）。

图3 肠道微生物组与其他癌症风险之间因果关系的孟德尔随机化结果（p<1×10−6）

3. 结直肠癌

在IVs组（p<5×10−8）中，作者发现Tyzzerella3和Ruminococcustorquesgroup属（OR=1.014，95%CI=1.005–1.023，p=1.63 x 10−3）（图1）。在确定另一组静脉注射中与结肠癌症相关的更多肠道微生物群（p<1×10−6）时，作者发现疣状结肠杆菌目、疣状大肠杆菌纲和疣状肠杆菌科（OR=1.013，95%CI=1.004–1.021，p=1.98×10−3）与结肠癌症有因果关系。此外，脱硫弧菌目（OR=1.015，95%CI=1.005–1.025，p=2.98×10−3）和Deltaproteobacteria类（OR=1.015，95%CI=1.005–1.026，p=2.88×10‐3）与结直肠癌相关（图3）。

4. 前列腺癌

在IVs组（p<5×10−8）中，作者发现瘤胃球菌属（OR=0.350，95%CI=0.171–0.718，p=4.21×10-3）与前列腺癌症有因果关系（图4）。

图4 肠道微生物组与癌症风险之间因果关系的孟德尔随机化结果（续）（p<5×10−8）

在另一组IVs（p<1×10−6）中发现更多与前列腺癌症相关的肠道微生物群时，作者发现疣状杆菌纲、疣状菌科、疣形菌目（OR=0.964，95%CI=0.943–0.985，p=8.72×10−4）、土杆菌属（OR=0.381，95%CI=0.237–0.612，p=6.78×10-5），与前列腺癌症相关的Roseburia属（OR=1.727，95%CI=1.276–2.337，p=3.98×10−4）和Alphaproteobacteria类（OR=1.289，95%CI=1.104–1.505，p=1.28×10–3）（图3）。

5. 胃癌

在IVs组（p<5×10−8）中，作者发现胃链球菌科（OR=12.516，95%CI=2.049–76.43，p=6.19×10−3）与胃癌有因果关系（图4）。然而，在另一组静脉注射中发现更多与胃癌相关的肠道微生物群（p<1×10−6）时，作者发现在Bonferroni试验后，肠道微生物群对与胃癌有关的肠道微生物没有遗传易感性（图3）。

6. 头颈癌

在IVs组中（p<5×10−8），作者发现胃厌氧菌与口咽癌症有因果关系（OR=0.277，95%CI=0.094–0.811，p=1.92×10−2），放线菌门（OR=0.041，95%CI=0.002–0.676，p=2.53×10−2）和放线菌类（OR=0.131，95%CI=0.019–0.910，p=3.99×10−2）与口腔癌症有因果关系（图4）。

在另一组静脉注射中发现更多与头颈部癌症相关的肠道微生物群（p<1×10−6），作者发现瘤胃球菌属1与头颈癌症有因果关系（OR=1.008，95%CI=1.004–1.013，p=1.98×10−4），尤其是口腔和口咽癌（OR=1.007，95%CI=1.003–1.011，p=3.71×10‐4）（图3）。

7. 子宫内膜癌

根据Bonferroni试验，在IVs组（p<5×10−8）中，作者发现肠道微生物群的遗传易感性与子宫内膜癌症没有因果关系。当在另一组IVs中确定更多与子宫内膜癌症相关的肠道微生物群时（p<1×10−6），作者发现γ-蛋白杆菌类与子宫内膜癌症有因果关系（OR=0.9936，95%CI=0.989–0.997，p=8.43×10−4）（图3）。

8. 卵巢癌

在IVs组（p<5×10−8）中，作者在Bonferroni试验后未发现肠道微生物群与卵巢癌症有任何遗传相关性。当在另一组静脉注射中发现更多与卵巢癌症相关的肠道微生物群时（p<1×10-6），作者发现瘤胃梭状芽孢杆菌属6与浆液性卵巢癌症的低恶性潜能有因果关系（OR=11.869，95%CI=3.178–44.327，p=2.33×10-4）（图3）。

三、肠道微生物群与癌症之间的潜在因果关系
此外，作者发现肠道微生物群与癌症之间存在一些潜在的因果关系。这些结果在IVs集中的至少两个不同数据集中发现（p＜1×10−6），p＜0.05，但未通过Bonferroni检验。瘤胃球菌属UCG013、瘤胃杆菌属NK4A214群、草酸杆菌属、霍尔德曼菌属、嗜酸真杆菌属群和α杆菌类与乳腺癌症高度相关。硒门亚目、Turicibacter属、Ruminococcus1属、Rumonococaceae UCG014属、Odoribacter属，Dorea属和Negativicutes类与头颈部癌症高度相关。共前列腺素真杆菌组、副毛虫属、瘤胃球菌属UCG003和乳杆菌目与癌症高度相关。疣状疣菌科、疣状瘤菌纲、疣形瘤菌目、Terrisporobacter属、Roseburia属和Akkermansia属与前列腺癌症高度相关。Adlercreutzia属与前列腺癌和子宫内膜癌高度相关。

四、敏感度分析

MR-Egger、加权模式、简单模式和加权中值方法对幅度和方向产生了类似的因果估计。当使用MR Egger回归截距法时，作者没有发现癌症中肠道微生物群水平多效性的证据，p＞0.05。MR-PRESSO分析显示结果中没有异常值。此外，Cochrane Q统计结果没有显示出显著的异质性（p>0.05）。

五、肠道微生物群与癌症风险之间的双向因果关系

为了评估任何反向因果关系的影响，作者将癌症作为暴露对象，将肠道微生物群作为结果，并将从先前GWAS中提取的与癌症相关的211个SNP作为IV。基于Bonferroni检验，不同分类群水平的显著性阈值设置为p=6.25×10−3（0.05/8），作者发现肺腺癌与Tyzzerella3属有因果关系（p=1.02×10−2，IVW），这表明肺腺癌和Tyzzerella 3属之间存在双向因果效应。图5中显示了一个总结网络，用于更好地理解肠道微生物群与癌症之间的关系。