1. 介绍
肠易激综合征(IBS)是一种慢性功能性疾病。肠易激综合征的主要症状包括腹痛、便秘或腹泻。肠易激综合征的发病率较高，高达20%的人口患有肠易激综合征[1]。它的病因和发病机理并不清楚。然而，其病因和发病机制可能与遗传、肠道蠕动、精神系统、心理压力、感染和慢性疾病炎症等相关。除了药物治疗外，还有几种疗法可以缓解肠易激综合征的症状，包括调整饮食，以及心理和行为疗法[2]。因此，清楚地了解其风险因素至关重要。有利于确定肠易激综合征的发病机制。
近年来，失眠问题逐渐被医学界所重视，不仅因其对个体生活质量的直接影响，更因为其与多种疾病，包括消化系统疾病之间的紧密联系。研究表明，失眠可增加胃肠道功能紊乱的风险，反之亦然，胃肠症状会加剧失眠问题，形成一种互为因果的恶性循环。在探寻失眠与消化系统疾病相互影响的病理机制时，学者们已经识别到潜在的生物标志物和相关的炎症途径，它们似乎在失眠和胃肠道疾病之间起到了桥梁作用。特别是，与失眠相关的生理应激反应，会触发肠道微生物群的变化，这可能进一步影响肠–脑轴的交流，导致消化系统功能障碍。此外，失眠所导致的慢性疲劳和焦虑，不仅增加胃酸分泌，还可能导致行为上的饮食改变，这些综合作用对消化系统健康造成负面影响[3]。
在现代医学研究中，随机对照试验(RCT)被视为确定任何两种健康状况间因果关系的黄金标准。这种方法通过将患者随机分配到接受或不接受某种干预措施的研究小组中，来评估该干预措施对特定健康状况的影响。然而，在现实世界中，由于各种外界因素的限制，如资源的有限性、伦理审查的复杂性以及试验设计上的挑战，一些大型的RCT可能难以实施。
在这种情况下，孟德尔随机化(Mendelian Randomization, MR)作为一种替代方案应运而生，它在某种程度上可以看作是模拟RCT的一种策略。与传统的随机对照试验不同，MR不需要随机分组，而是利用与目标疾病相关的遗传变异来构建一个工具变量，从而为研究人员提供了一种便捷且有效的方式来探索潜在的因果关系。
具体而言，当我们考虑一个变量X与某一特定健康结果Y之间的因果关系时，MR允许研究者关注那些遗传特征与该关系密切相关的个体。这些遗传变异不仅提供了控制其他潜在混杂因素的机会，而且还能够揭示那些潜在可改变的风险因素与特定健康结果之间的联系。因此，孟德尔随机化研究成为了一个强大工具，能够为随机对照试验无法触及的领域提供有价值的信息和洞见。
例如，如果某个基因变异与失眠有关，MR就可以用来寻找具有该变异的个体更有可能经历失眠症状的证据。同样地，对于肠易激综合征，如果发现某些基因变异与该疾病相关联，MR也能够帮助识别那些患有此类疾病的人更容易发展成慢性肠道问题。
总之，尽管随机对照试验在设计上严谨，但它们往往受限于资源和条件。而MR作为一种灵活的方法，能够在一定程度上填补这一空白，提供关于因果关系更为深入和细致的见解。随着技术进步和对基因与疾病关系的理解加深，MR有望在未来得到更广泛的应用，以促进医学研究和临床实践的发展。本研究的目的是通过对普通人群进行双样本MR分析，研究失眠对肠易激综合征之间的因果关系，并为未来 RCT的优化提供参考。
2. 材料与方法
2.1. 数据来源
双样本孟德尔随机化的数据来自公开的GWAS数据库。失眠和肠易激综合征分别来自UKB和GWAS Catalog数据库，所以本次研究不需要伦理通过证明。
2.2. 工具变量的选择和孟德尔随机化假设
孟德尔随机化研究必须遵循三个核心假设。首先工具变量与危险因素之间存在很强的相关性。其次，第二个核心假设指出，工具变量仅通过危险因素影响结果。最后，第三个假设强调，工具变量不受影响危险因素和结果的混杂因素的影响。基于上述假设，我们采用了单核苷酸多态性(SNP)作为遗传工具变量，并采取了严格的方法来确保其有效性和稳健性。在本研究中，为了确保选取的SNP与失眠症状之间具有强相关关系(即满足假设1)，我们选择与工具变量强相关且F统计量大于10的SNP。这样做的目的在于最大限度地减少那些弱工具变量带来的偏倚，确保我们的分析结果更加准确可靠。
进一步地，我们对工具变量进行了剔除连锁不平衡的操作来筛选出潜在的有效工具变量。通过这种方式，我们能够识别和剔除那些由于连锁不平衡而导致的无效或有问题的工具变量，从而保证了分析的准确性和可靠性。
总之，通过运用精心设计的遗传工具变量策略，我们旨在建立一个稳健且可靠的模型，以便更深入地理解和揭示相关的遗传机制。这种方法不仅有助于识别与疾病发展相关的关键遗传标记，而且还为未来的研究提供了坚实的基础，使我们能够在复杂的生物系统中寻找到更加精细的因果联系。
2.3. 孟德尔随机化分析的统计方法
在本研究中，我们采用了目前最广泛应用的五种孟德尔研究方法进行数据分析。这五种方法分别是：逆方差加权法(Inverse Variance-Weighted method, IVW)、MR-Egger法、Simple Mode法、Weighted Median法和Weighted Mode法。通过这些方法，我们能够深入探究失眠对肠易激综合征风险的影响。
为了确保所采用MR分析的可靠性和稳定性，我们还进行了一系列敏感性分析。其中包括异质性检验(Heterogeneity Test)和水平多效性检验(Pleiotropy Test)以及MR-PRESSO Global Test for P值检验。异质性检验用于评估纳入的单核苷酸多态性(SNP)是否存在显著的异质性。如果发现存在异质性，那么这些SNP可能不适合用于建立因果关系，从而影响研究的结果可靠性。
水平多效性检验和MR-PRESSO Global Test P值检验，则是用来判断SNP是否具有与暴露因素和结局直接相关的特性。如果一个SNP与两个因素都有直接的相关性，那么就意味着它存在水平多效性，即MR结果缺乏统计学意义上的显著性。而离群值检验则是通过逐次剔除SNP之后计算剩余SNP的MR结果，以评估每个SNP的估计值是否合理。如果某个SNP的估计出来的MR结果和总结果存在显著差异，则说明该SNP可能是研究的离群值，需要在剔除该离群值后重新进行分析。
至于工具变量的强度，我们通过统计量F的计算来确定。该统计量的公式为
。这里，R2代表工具变量解释的变异比例，N代表暴露样本的样本量，k表示工具变量的数量；而
，EAF表示次要等位基因频率，beta表示等位基因效应值，SE表示标准误差。这个公式提供了量化工具变量有效性的标准，有助于进一步验证因果关系。
总的来说，我们通过综合运用多种孟德尔随机化研究方法，并结合严格的离群值检验和敏感性分析，为探讨失眠对肠易激综合征风险影响的因果机制提供了坚实的基础。这些方法的选择和应用不仅反映了现代统计技术的先进性，也体现了研究者对于科学严谨性的追求。随着新技术和方法的不断涌现，未来的研究将会更加精确和高效，更好地揭示遗传因素在复杂疾病风险中的作用。
3. 结果
通过使用与失眠强相关的SNPs作为工具变量与胃溃疡进行MR分析，总的来说，可以得出失眠与肠易激综合征的发病风险显著相关(P = 0.001)。首先IVW方法显示失眠与肠易激综合征具有统计学联系(OR = 3.44, 95% CI = 1.599~7.415, P = 0.001)，加权中位数法(OR = 2.434, 95% CI = 1.146~5.169, 0.0206)、简单模型法(OR =2.391, 95% CI = 0.548~10.422, P = 0.257)、加权模型法(OR = 2.391, 95% CI = 0.639~8.945, P = 0.207)显示了相同的趋势，证明了IVW法的稳健性。本次MR分析的漏斗图和散点图如图1和图2所示。
Figure 1. MR analysis result funnel chart
图1. MR分析结果漏斗图
Figure 2. MR analysis result scatter plot
图2. MR分析结果散点图
Figure 3. MR analysis results leave one out diagram
图3. MR分析结果leave one out图
对于结果的质量控制，MR-Egger截距检测没有发现其具有明显的水平多效性(p = 0.11)。MR-PRESSO Global Test P value同样没有发现其具有明显的水平的多效性(P = 0.23)在异质性检测中，Conchran’s Q统计量发现明显的异质性(Q-pval = 0.001)。在孟德尔随机化研究中异质性是指不同个体或不同研究间遗传变异对结果变量的影响存在差异，在本研究中，进行离群值检验没有发现明显的离群值，也就是没有发现对结果产生显著不同影响的SNP，故本研究中的异质性仅仅是来自不同工具变量之间的差异。我们对研究结果进MR-Egger截距检测和MR-PRESSO Global Test P value均未发现明显的水平多效性，异质性的产生可能是来自不同SNP之间的差异，但是这些差异不足以让单个SNP显著影响研究结果。其次，我们使用的是随机效应模型，这将会进一步减少由单个SNP变异引起的偏差，因此本次研究的结果是完全可以接受的。本次MR分析的leave one out图如图3所示。
4. 讨论
我们的研究提示失眠与肠易激综合症之间存在明确的因果关系(OR = 3.44, 95% CI = 1.599~7.415, P = 0.001)。这意味着患者接触暴露的剂量每增加一个单位，患者肠易激综合征发生的风险为原来的3.44倍，我们的研究提示失眠为肠易激综合征发生的强相关因素。关于失眠的严重程度和肠易激综合征的发生风险之间是否存在明显的剂量–反应关系，目前还没有研究得出确切的定论。除了遗传、表观遗传变化和感染等常见的致病因素外，许多其他复杂的特征也是肠易激综合征的风险因素，包括不健康的生活方式和心理压力[2]。在现代社会，巨大的社会和心理压力导致了睡眠障碍的发生，尤其是中年人。以下相关研究支持我们的发现，即失眠和睡眠时间短可能通过以下生理机制影响发病机制并促进肠易激综合征的发展，如脑–肠–轴、免疫紊乱和昼夜节律。虽然肠易激综合征是一种功能性胃肠道疾病，但人们认为肠-脑双向轴的功能障碍与肠易激综合征有很大关系。肠易激综合征也被归类为肠道–大脑相互作用紊乱，因为肠易激综合征患者通常伴有焦虑和抑郁，而焦虑和抑郁也是健康人患肠易激综合征的危险因素[2]。人们认为肠易激综合征往往与焦虑症状和抑郁等精神障碍同时存在，而这两种疾病都有一系列的生物学和社会心理机制，主要体现在肠–脑轴紊乱上[4]。同时，睡眠行为对神经细胞生长、突触生成和记忆功能等众多大脑功能也非常重要[5] [6]。弗里曼等人设计了一项大型随机对照试验，对失眠的心理健康问题进行心理干预，这项研究表明，失眠是心理健康问题发生的一个因果风险因素，缓解睡眠障碍对心理健康尤为重要[7]。然而，有关失眠如何影响肠易激综合征发病的证据却很缺乏。失眠可能会通过大脑–肠道轴诱发肠道功能紊乱，因为大脑可以改变肠道蠕动和液体分泌、肠道上皮通透性和肠道微生物群组成[8]。睡眠是心理健康的基础，此外，睡眠干预可以预防精神疾病，改善心理健康[7] [9]。有趣的是，最大的GWAS研究发现了6个与肠易激综合征显著相关的遗传易感位点，其中4个位于与情绪和焦虑相关的基因中(NCAM1, CADM2, PHF2/FAM120A, DOCK9) [10]。这些结果表明，肠易激综合征与失眠相关特征具有共同的遗传背景。扩大样本量的进一步遗传分析应有助于确定共同的遗传位点，从而阐明失眠如何影响肠易激综合征的发病。而针对肠易激综合征症状的心理疗法，尤其是认知行为疗法和催眠术，对许多肠易激综合征患者的症状都有帮助[11]。不断积累的证据表明，失眠可通过由肠道–大脑轴引起的精神障碍导致肠易激综合征风险增加。根据我们的研究和既往的研究结论，失眠导致肠易激综合征的具体机制可能有如下几个方面：1) 内脏高敏感：失眠可能增加内脏敏感性影响肠易激综合征的发展。失眠可能导致中枢神经系统对肠道刺激的感知异常，使得肠易激综合征患者对正常刺激的反应过度，从而引发腹痛等症状。2) 肠–轴功能调节异常：失眠影响肠–轴的正常功能，这是通过神经，内分泌和免疫系统的相互作用来实现的。失眠可能导致中枢神经系统对肠道信号的处理异常，进一步影响肠道功能。3) 精神心理因素：失眠与精神心理因素密切相关，如焦虑和抑郁等。这些心理因素不仅是肠易激综合征的症状，也可能成为肠易激综合征的风险因素，因为它们可以直接改变肠道对刺激的敏感性。综合以上机制，失眠通过影响中枢神经系统的功能，加剧内脏敏感性，调节脑–肠轴的异常，以及通过心理作用的影响，间接促使肠易激综合征症状的加剧。这些相互作用使得失眠成为肠易激综合征发病中的一个重要因素。
5. 结论
我们的研究提供了遗传证据，失眠和肠易激综合征之间存在明确的因果关系，失眠是肠易激综合征的危险因素。
NOTES
*第一作者。
#通讯作者。