过敏性鼻炎与静脉血栓的因果关联：两样本双向孟德尔随机化研究

Causal Association between Allergic Rhinitis and Venous Thromboembolism: A Two-Sample Bidirectional Mendelian Randomization Study

摘要: 目的：采用两样本双向孟德尔随机化(MR)分析探讨过敏性鼻炎(AR)与静脉血栓栓塞症(VTE)之间的因果关联。方法：基于大规模全基因组关联研究(GWAS)的汇总数据，筛选与AR及VTE显著相关且相互独立的单核苷酸多态性(SNP)作为工具变量。以逆方差加权固定效应模型(IVW-FE)作为主要分析方法，最大似然法、加权中位数法和MR-Egger回归进行稳定性检验；通过Cochran’s Q检验、MR-Egger截距法、MR-PRESSO及留一法进行敏感性分析。效应值以OR值及其95% CI表示。结果：正向MR分析未发现AR对VTE存在因果关联(P > 0.05)。反向MR分析显示，基因预测的VTE每升高一个标准差，AR的发生风险增加1% (OR = 1.010, 95% CI: 1.004~1.017, P = 0.002)。结论：VTE可能会增加AR的发病风险，这一结果尚需更多研究进一步验证。

Abstract: Objective: To investigate the causal relationship between allergic rhinitis (AR) and venous thromboembolism (VTE) using a two-sample bidirectional Mendelian randomization (MR) approach. Methods: Summary statistics were obtained from large-scale genome-wide association studies (GWAS). Independent single nucleotide polymorphisms (SNPs) significantly associated with AR or VTE were selected as instrumental variables. The inverse variance weighted fixed-effects (IVW-FE) model served as the primary method, with maximum likelihood, weighted median, and MR-Egger regression employed for robustness checks. Sensitivity analyses were conducted using Cochran’s Q test, MR-Egger intercept, MR-PRESSO, and leave-one-out analysis. Effect estimates were reported as odds ratios (OR) with 95% confidence intervals (CI). Results: Forward MR analysis revealed no evidence of a causal effect of AR on VTE (P > 0.05). In contrast, reverse MR analysis indicated that genetically predicted VTE was associated with a 1% increased risk of AR per standard deviation increment (OR = 1.010, 95% CI: 1.004~1.017, P = 0.002). Conclusion: These findings suggest that VTE may increase the risk of AR, although further studies are warranted to validate this causal association.

1. 引言

过敏性疾病是一类常见的慢性炎症性疾病，主要包括过敏性鼻炎(allergic rhinitis, AR)、哮喘、特应性皮炎等。其中，AR是由环境过敏原暴露和遗传因素共同作用引起的呼吸道疾病，其发病机制主要涉及IgE介导的炎症介质释放、免疫应答细胞活化以及多种炎症因子的参与[1] [2]。临床表现包括鼻塞、鼻痒、反复阵发性打喷嚏、流涕以及鼻黏膜充血和水肿[3]。全球约10%~20%的人群受其影响，且发病率呈现逐年上升趋势，严重影响患者的生活质量和劳动效率，并带来巨大的社会与经济负担[4] [5]。

静脉血栓栓塞(venous thromboembolism, VTE)是血液在深静脉内异常凝结而导致的静脉回流障碍性疾病，具有较高的发病率和死亡率[6]。VTE的发生通常由多因素共同作用，包括遗传性和获得性危险因素，其发病机制复杂，涉及血液高凝状态、内皮功能障碍及炎症反应[7]。AR和VTE的患病率逐年上升，且二者的病理基础均与炎症相关。尽管流行病学和临床观察研究提示AR与VTE存在关联[8] [9]，但由于受混杂因素、样本量及反向因果关联等限制，二者之间是否存在因果关系仍不明确。

孟德尔随机化(Mendelian randomization, MR)是一种在流行病学研究中更为稳健的因果推断方法，被认为是随机对照试验的模拟，能够克服传统观察性研究的局限性[10]。因此，本研究借助MR方法探讨二者之间潜在的因果关联，为揭示其发病机制及防治提供科学依据。

2. 材料与方法

2.1. 研究设计

本研究采用双向两样本孟德尔随机化MR分析，系统评估AR与VTE之间的因果关联。研究设计见图1。在正向分析中，以AR为暴露因素，首先根据AR的全基因组关联研究(genome-wide association study, GWAS)结果筛选符合条件的单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphisms, SNP)作为工具变量(instrumental variables, IVs)；随后从VTE的GWAS汇总数据中获取相应SNP的效应值，并采用多种MR方法进行因果效应估计。在反向分析中，以VTE为暴露因素，研究流程与正向分析相同，差异仅在于IVs来源于VTE的GWAS数据，而结局数据来源于AR的GWAS。本研究遵循MR分析的三项核心假设：(1) 所选SNP与暴露因素显著相关；(2) SNP与任何已知或未知的混杂因素不相关；(3) SNP仅通过暴露因素影响结局，而不通过其他途径。所有GWAS数据均来源于欧洲人群，且经检验无样本重叠，以确保分析结果的稳健性。

Figure 1. Study design of the Mendelian randomization analysis

图1. 孟德尔随机化分析的研究设计图

2.2. 资料来源

本研究所使用的过敏性鼻炎(AR)遗传数据来源于欧洲生物信息学研究所(EBI)数据库(GWAS ID: ukb-a-254)，该数据集基于欧洲血统人群，共包含83,529例样本，其中病例5527例，对照212,387例。静脉血栓栓塞症(VTE)的遗传数据来自FinnGen Consortium (GWAS ID: finn-b-I9_VTE)，同样基于欧洲血统人群，共包括218,792例样本，其中病例9176例，对照209,616例。

2.3. 工具变量选择

将P < 5 × 10⁻⁸作为筛选SNPs的阈值以保证工具变量与暴露的强相关性，为降低连锁不平衡(LD)引起的水平多效性，采用PLINK clumping方法(r² = 0.001, kb = 10,000)剔除LD SNPs。在暴露与结局效应统一方向时，删除回文SNPs，并通过MR-PRESSO方法剔除可能导致水平多效性的异常SNPs。随后，通过Phenoscanner V₂数据库查询剩余SNP的表型信息，手动剔除与混杂因素相关或直接影响结局的SNPs，以保证符合MR分析的第二、第三假设。为满足MR分析的第一假设，计算每个SNP解释的表型方差R²及工具变量F值：

$R^2=2{\beta }^2\times EAF\times \left(1-EAF\right)/\left[2{\beta }^2\times EAF\times \left(1-EAF\right)+2S{E}^2\times N\times EAF\left(1-EAF\right)\right]$ (1)

$F=\left(N-k-1\right)/k\times R^2/\left(1-R^2\right)$ (2)

其中EAF为效应等位基因频率，N为样本量，k为IVs数量。F < 10的弱相关SNPs被剔除，最终获得与AR显著相关且满足MR分析假设的有效SNPs，用于后续MR分析。

2.4. MR分析

以逆方差加权固定效应模型(IVW-FE)作为主要的分析方法。IVW假设所有SNP均为有效工具变量，能够以最强效能检测因果效应，是目前应用最广的方法。当结果存在异质性(P < 0.05)时，采用逆方差加权随机效应模型(IVW-RE)进行校正。虽然在工具变量选择过程中已尽可能剔除与混杂因素相关的SNP，但无法完全避免潜在混杂的影响。因此，本研究还采用最大似然法(Maximum likelihood)、MR-Egger回归和加权中位数法(Weighted median)作为补充分析方法，以验证IVW结果的稳健性。

2.5. 敏感性分析

为验证结果的稳健性，开展了一系列敏感性分析。Cochran’s Q检验用于评估单个SNP效应估计的异质性，当P > 0.05提示无异质性。MR-Egger截距检验用于检测潜在水平多效性，当截距项95%置信区间不包含零时，提示存在水平多效性[11]。此外，MR-PRESSO方法用于检测异常SNP (P < 0.05)，若存在异常值，则剔除后重复分析[12]；同时，通过逐一剔除SNP的留一法(leave-one-out)，评估单个SNP对结果的影响。

所有统计分析均使用R软件(版本4.3.1)中的“TwoSampleMR”包完成。本研究结局变量为二分类变量，因果效应以比值比(OR)及95%置信区间(CI)进行量化。P > 0.05则认为不存在因果关联。所有检验均为双侧检验，P < 0.05为统计学显著。

3. 结果

3.1. AR与VTE的因果关联

Table 1. Bidirectional mendelian randomization analysis of AR and VTE

表1. AR与VTE的双向MR分析

暴露	结局	SNP	方法	OR (95% CI)	P
AR	VTE	16	IVW (random effects)	0.916 (0.538~1.562)	0.748
			IVW (fixed effects)	0.916 (0.538~1.562)	0.748
			Maxium-likelihood	0.918 (0.536~1.571)	0.754
			MR-Egger	1.006 (0.148~6.795)	0.995
			Weighted median	0.996 (0.499~1.991)	0.992
VTE	AR	12	IVW (random effects)	1.010 (1.004~1.017)	0.002
			IVW (fixed effects)	1.010 (1.004~1.017)	0.002
			Maxium-likelihood	1.010 (1.004~1.017)	0.002
			MR-Egger	1.009 (0.999~1.019)	0.123
			Weighted median	1.008 (1.001~1.017)	0.049

在以AR作为暴露，VTE为结局的正向MR分析中，共纳入16个与过敏性鼻炎显著相关且符合条件的SNP作为工具变量(R² = 0.0100，平均F值 = 52.35)，提示不存在弱工具变量偏倚。IVW估计结果显示，过敏性鼻炎对静脉血栓无显著因果效应(OR = 0.916, 95% CI: 0.538~1.562, P = 0.748)。最大似然法、MR-Egger回归及加权中位数方法的结果与IVW方法一致(均P > 0.05)，结果见(表1，图2(a))。

敏感性分析显示，Cochran’s Q检验提示无显著异质性(IVW: Q = 12.74, P = 0.547; MR-Egger: Q = 12.75, P = 0.622)；MR-Egger截距项接近于0 (截距 = −0.002，P = 0.922)，提示未见明显水平多效性；MR-PRESSO全局检验亦未发现异常SNP (统计量 = 13.917，P = 0.654)，结果见表2。逐一剔除SNP的leave-one-out分析结果稳定(图3(a))，表明正向分析结果稳健。

Table 2. Sensitivity analyses for the bidirectional association between AR and VTE

表2. AR与VTE双向关联的敏感性分析

暴露	异质性				水平多效性
	IVW		MR-Egger		MR-Egger		MR-PRESSO
	统计量	P	统计量	P	Intercept	P	统计量	P
AR	12.74	0.547	12.75	0.622	−0.0020	0.922	13.917	0.654
VTE	6.519	0.770	6.672	0.825	0.0005	0.704	8.302	0.815

3.2. VTE与AR的因果关联

在以VTE作为暴露，AR为结局的反向MR分析中，共纳入12个与静脉血栓相关且符合条件的SNP作为工具变量(R² = 0.0059，平均F值 = 107.76)，具体信息见表3。IVW结果提示(表1，图2(b))，静脉血栓与过敏性鼻炎存在显著因果关联，每增加1个标准差的静脉血栓遗传预测水平，过敏性鼻炎的风险增加约1.0% (OR = 1.010, 95% CI: 1.004~1.017, P = 0.002)。最大似然法与加权中位数方法的结果与IVW一致(OR = 1.010, 95% CI: 1.004~1.017, P = 0.002; OR = 1.008, 95% CI: 1.001~1.017, P = 0.049)。

Table 3. Genetic variants used as instrumental variables in MR analysis of VTE on AR

表3. VTE对AR的孟德尔随机化分析中用作工具变量的遗传变异

SNP	Chr	EA	OA	Beta	SE	F	P
rs117716477	12	A	C	0.486	0.066	54.275	1.76E−13
rs13377102	10	A	T	−0.184	0.026	51.036	9.22E−13
rs1894692	1	A	G	−1.177	0.063	354.34	4.27E−79
rs2066865	4	A	G	0.217	0.017	155.674	6.92E−36
rs2885055	19	A	G	0.138	0.021	44.082	3.30E−11
rs3756011	4	A	C	0.204	0.016	163.199	2.89E−37
rs495203	9	T	C	0.25	0.016	244.92	4.05E−55
rs5896	11	T	C	0.113	0.02	31.238	2.44E−08
rs6060308	20	A	G	0.114	0.017	44.678	2.17E−11
rs62350309	4	G	A	−0.164	0.026	38.884	4.71E−10
rs628094	9	A	G	0.104	0.017	36.918	1.13E−09
rs78807356	11	T	G	0.903	0.105	73.894	8.05E−18

注：SNP表示单核苷酸多态性位点；Chr表示染色体编号；EA表示效应等位基因(effect allele)；OA表示另一等位基因(other allele)；Beta表示SNP对暴露(VTE)的效应值；SE表示标准误；F表示F值，用于评估工具变量强度；P表示SNP与暴露的关联显著性水平。

敏感性分析结果表明，Cochran’s Q检验未发现显著异质性(IVW: Q = 6.519, P = 0.770; MR-Egger: Q = 6.672, P = 0.825)；MR-Egger 截距项接近于0 (截距 = 0.0005，P = 0.704)，提示无明显水平多效性；MR-PRESSO全局检验亦未发现异常SNP (统计量 = 8.302，P = 0.815)，结果见表2。leave-one-out分析结果稳定(图3(b))，进一步支持了反向分析结果的稳健性。

Figure 2. Scatter plot of the MR analysis

图2. 孟德尔随机化分析的散点图

4. 讨论

本研究利用大规模开放性数据库的遗传数据，通过双向MR分析，探讨AR与VTE之间的因果关系。结果显示，在正向分析中(以AR为暴露，VTE为结局)，包括IVW、MR-Egger、加权中位数等多种方法均未提示显著的因果效应。而在反向分析中(以VTE为暴露，AR为结局)，多种方法一致指出VTE与AR之间存在正相关关系，敏感性分析结果进一步支持了该发现的稳健性。

Figure 3. Leave-one-out sensitivity analysis (forest plot)

图3. 留一法敏感性分析(森林图)

近年来，多项研究提示特应性疾病(如哮喘、特应性皮炎)可能与VTE发生相关[13]-[17]，而针对AR与VTE的研究相对较少[8] [9]。已有观察性研究表明，AR患者发生VTE的风险可能升高[8]，尤其是在特定人群(如孕妇)中风险更为显著[9]。此外，有观点认为，AR与哮喘存在密切关联[18]，而哮喘患者因长期使用糖皮质激素可能增加VTE发生风险[17]，间接提示AR可能通过类似炎症机制或治疗方式影响VTE发生。然而，这些报道均为观察性研究，难以明确VTE与AR的时间顺序及因果关系。本研究通过MR方法从遗传角度明确了VTE→AR的因果方向，为现有流行病学证据提供了重要补充。

VTE与AR之间的生物学机制尚未完全阐明，基于现有研究，我们提出一个更具针对性的假说：VTE可能通过影响鼻粘膜局部的免疫微环境，特异性增加AR风险。一方面，血栓形成可引发全身性低度炎症，如IL-6、IL-8和TNF-α等炎症因子水平升高，可能增强血管内皮细胞的粘附分子表达，促进免疫细胞向鼻粘膜募集[19]-[21]。更重要的是，活化血小板释放的P选择素和CD40L等分子，不仅能加剧高凝状态，还可直接作用于鼻粘膜中的抗原呈递细胞和T细胞[22]-[24]。CD40L与CD40的结合是T细胞活化的关键共刺激信号，可能优先促进Th2分化[25] [26]。另一方面，凝血瀑布的激活与补体系统、激肽系统存在交叉[27] [28]。例如，凝血因子XIIa既能启动内源性凝血途径，也能激活激肽释放酶，进而生成缓激肽[29] [30]。缓激肽不仅增强血管通透性，还能直接刺激肥大细胞脱颗粒，释放组胺等过敏性炎症介质，这为连接凝血与鼻粘膜Th2免疫或肥大细胞活化提供了更直接的分子桥梁[31] [32]。此外，IgE是AR的重要生物标志物，其水平升高可反映过敏性炎症的活跃度[33] [34]。有研究表明，PAI-1水平与总IgE呈正相关，提示VTE相关的纤溶抑制可能通过上调IgE，间接增加肥大细胞的敏感性[8] [35]。这些机制共同构成了VTE可能影响鼻黏膜免疫，为VTE与AR之间的潜在因果联系提供了生物学基础。

综上所述，本研究采用双向两样本孟德尔随机化方法探讨AR与VTE之间的因果关系。该方法能够明确疾病发生的先后顺序，有效避免反向因果关系的干扰。研究基于欧洲人群大样本GWAS数据库，暴露与结局数据来自不同研究，避免了样本重叠，结果稳健性较强。

然而，本研究任然存在一定局限性：首先，在反向MR分析中，使用的12个SNP工具变量总体解释方差较低(R² = 0.0059)，且工具变量数量有限，可能导致水平多效性检验(如MR-Egger截距)效力不足，难以完全排除潜在偏倚。其次，尽管敏感性分析未发现明显的水平多效性，但在工具变量数量有限的情况下，检验效力可能不足，残留混杂的可能性仍无法完全排除。第三，MR分析得出的VTE对AR的效应量较小(OR = 1.010)，这表明在一般人群中，VTE作为单一因素对AR风险的直接绝对影响可能有限。然而，这一微弱的因果效应在公共卫生层面仍可能具有意义，特别是在VTE高危或患病群体中，即使风险的微小增加也可能转化为相当的疾病负担。最后，所有数据均来源于欧洲人群，结论能否推广至其他人群尚需进一步验证。由于公开数据集缺乏性别、年龄等临床信息，无法开展分层分析。因此，AR与VTE之间因果关系的潜在机制仍需依赖更多的大样本GWAS研究、针对特定人群的深入研究以及实验研究加以证实和阐明。

致 谢

这项研究使用了英国生物样本库(UK Biobank)、FinnGen和欧洲分子生物学实验室–欧洲生物信息学研究所(EMBL-EBI)提供的公开可用的GWAS数据，作者谨此感谢所有数据贡献者和参与者。

伦理声明

本研究基于公开可获取的全基因组关联研究(GWAS)汇总数据开展孟德尔随机化分析，不涉及对个人可识别信息的直接收集或干预。因此，本研究符合伦理审查豁免条件。研究使用的所有数据均已获得原始研究的伦理委员会批准，并遵循了知情同意程序。

基金项目

重庆医科大学未来医学青年创新项目(W0177)。