久違的孟德?tīng)栯S機(jī)化開(kāi)始更新了，在今天的內(nèi)容中，我將向大家介紹孟德?tīng)栯S機(jī)化的基本概念及其背景知識(shí)，并舉例說(shuō)明何時(shí)可以使用該方法以及該方法為何能有效解釋因果關(guān)系。本系列講解內(nèi)容主要基于Stephen Burgess和Simon G. Thompson共同撰寫(xiě)的孟德?tīng)栯S機(jī)化圖書(shū)。

1.1 傳統(tǒng)流行病學(xué)的缺點(diǎn)

流行病學(xué)是對(duì)人口健康和疾病模式的研究，傳統(tǒng)流行病學(xué)研究的一個(gè)基本問(wèn)題是相關(guān)性與因果關(guān)系。如果我們想解決重要的醫(yī)學(xué)問(wèn)題、例如確定疾病的病因、評(píng)估醫(yī)學(xué)或公共衛(wèi)生干預(yù)措施的影響、優(yōu)化公共政策、合理安排醫(yī)療資源，那么解決這些問(wèn)題的最佳方法是進(jìn)行諸如前瞻性隨機(jī)試驗(yàn)等研究。

在臨床研究中對(duì)科學(xué)假設(shè)進(jìn)行實(shí)證檢驗(yàn)的“黃金標(biāo)準(zhǔn)”是進(jìn)行隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)（RandomizedControlled Test，RCT）。該設(shè)計(jì)涉及將不同的治療方案隨機(jī)分配給總體中的實(shí)驗(yàn)單位（通常是個(gè)人），最簡(jiǎn)單的形式是將一種“積極治療方案”（例如，對(duì)危險(xiǎn)因素的干預(yù)）與“對(duì)照治療方案”（無(wú)干預(yù)）進(jìn)行比較，并比較該試驗(yàn)各方面的平均結(jié)果。在這里，風(fēng)險(xiǎn)因素（我們通常將其稱(chēng)為“暴露”變量）是假定的因果風(fēng)險(xiǎn)因素。在這里，我們?cè)噲D評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)因素是否是結(jié)果的原因，并估計(jì)因果效應(yīng)的大小。原則上，盡管隨機(jī)試驗(yàn)是確定特定風(fēng)險(xiǎn)因素的因果狀況的最佳方法，但它們有一些局限性，這里主要是因?yàn)?strong>隨機(jī)試驗(yàn)既昂貴又費(fèi)時(shí)，特別是在結(jié)局很少或需要長(zhǎng)期隨訪的情況下。此外，在某些情況下，可能無(wú)法獲得僅對(duì)目標(biāo)危險(xiǎn)因素有影響的靶向治療。此外，由于實(shí)際或道德原因，許多風(fēng)險(xiǎn)因素不能隨機(jī)分配。例如，在評(píng)估喝紅酒對(duì)冠心病風(fēng)險(xiǎn)的影響時(shí)，招募參與者（例如20年）隨機(jī)分配喝紅酒或戒酒是不可行的。

另外，觀察性研究的結(jié)果很容易被一些混雜因素干擾，導(dǎo)致其因果關(guān)系實(shí)際上并不成立。例如根據(jù)觀察數(shù)據(jù)，激素療法激素曾被認(rèn)為對(duì)降低乳腺癌和心血管疾病的死亡率是有益的，但后來(lái)在隨機(jī)試驗(yàn)中被證明會(huì)增加死亡率。因此，需要更強(qiáng)大的方法來(lái)使用觀察數(shù)據(jù)評(píng)估因果關(guān)系，而孟德?tīng)栯S機(jī)化就是這樣一種方法。

1.2 遺傳流行病學(xué)的興起

遺傳流行病學(xué)是主要研究遺傳因素在人群健康和疾病中的作用。在這里，我將會(huì)和大家介紹遺傳流行病學(xué)的歷史和發(fā)展，并解釋為什么它是流行病學(xué)和科學(xué)研究的重要領(lǐng)域。

1.2.1歷史背景

盡管幾千年以來(lái)一直觀察到子代會(huì)繼承父代的相關(guān)特征，但長(zhǎng)期以來(lái)我們并不清楚其中遺傳機(jī)理。當(dāng)查爾斯·達(dá)爾文（Charles Darwin）在1859年提出其進(jìn)化論時(shí)，其主要問(wèn)題之一是缺乏遺傳的基本機(jī)制。孟德?tīng)枺℅regor Mendel）在1866年提出了兩個(gè)遺傳法則：（1）隨機(jī)分配；（2）自由組合。這些法則用術(shù)語(yǔ)“孟德?tīng)栠z傳定律”來(lái)概括，這也正是孟德?tīng)栯S機(jī)化的名字由來(lái)。

1.2.2遺傳與疾病

隨著人類(lèi)基因組的發(fā)展，人們對(duì)疾病遺傳因素的研究已從單基因疾?。ㄓ捎阽牭稜罴?xì)胞貧血等單一突變基因?qū)е碌募膊。U(kuò)展到多基因和多因素疾病，其中負(fù)擔(dān)重的疾病風(fēng)險(xiǎn)通常不是由單個(gè)基因決定，而是多個(gè)基因與生活方式和環(huán)境因素相互作用的結(jié)果。這些疾病，例如癌癥、糖尿病和冠心病，傾向于在家庭中聚集，但也受到一些可改變的危險(xiǎn)因素的影響，例如飲食和血壓。大量研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了幾種與這些疾病有關(guān)的遺傳因素，特別是全基因組關(guān)聯(lián)研究（GWAS）在通過(guò)測(cè)試數(shù)百萬(wàn)個(gè)遺傳變異與疾病結(jié)果的關(guān)聯(lián)，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)大量和人類(lèi)疾病相關(guān)的遺傳變異。在某些情況下，這些發(fā)現(xiàn)強(qiáng)化了人們對(duì)疾病機(jī)制的理解以及預(yù)測(cè)個(gè)體疾病風(fēng)險(xiǎn)的能力。不過(guò)，由于通常無(wú)法更改個(gè)人的基因組，因此從臨床角度來(lái)看，它們受到的關(guān)注有限。然而，這些遺傳變異卻為孟德?tīng)栯S機(jī)化提供了機(jī)會(huì)，因?yàn)槊系聽(tīng)栯S機(jī)化正是利用遺傳數(shù)據(jù)評(píng)估各種危險(xiǎn)因素間因果關(guān)系的方法。

1.3 經(jīng)典實(shí)例：炎癥假說(shuō)

“炎癥假說(shuō)”是理解心血管疾病的重要方面。炎癥是人體對(duì)有害刺激的反應(yīng)機(jī)制之一，它的特征是在受影響的身體部位發(fā)紅，腫脹，發(fā)熱，疼痛和功能喪失，一般可分為急性炎癥和慢性炎癥。心血管疾病是一個(gè)涵蓋一系列疾病的術(shù)語(yǔ)，包括冠心?。ㄓ绕涫切募」Ｈ颉靶呐K病”）和中風(fēng)，它是目前全球最大的死亡原因。炎癥假說(shuō)指出，炎癥反應(yīng)機(jī)制的某些方面會(huì)導(dǎo)致心血管疾病事件，干預(yù)該途徑將降低心血管疾病的風(fēng)險(xiǎn)。

1.3.1 C反應(yīng)蛋白與冠心病

作為發(fā)炎過(guò)程的一部分，人體會(huì)產(chǎn)生幾種化學(xué)物質(zhì)，稱(chēng)為急性期蛋白。這些代表了人體抵抗感染和傷害的第一道防線，其中特別令人關(guān)注的是C反應(yīng)蛋白（C-Reactive Protein），以及CRP水平升高在冠心?。–HD）風(fēng)險(xiǎn)中的作用。眾所周知，CRP與冠心病風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)，但在孟德?tīng)栯S機(jī)化研究之前，尚不清楚這種關(guān)聯(lián)是否為因果關(guān)系。本例中擬解決的具體問(wèn)題是：長(zhǎng)期升高的CRP水平是否會(huì)導(dǎo)致更大的CHD風(fēng)險(xiǎn)。

1.3.2關(guān)聯(lián)的替代解釋

在疾病過(guò)程中，有許多因素會(huì)增加CRP水平和CHD風(fēng)險(xiǎn)，這些因素均被稱(chēng)為混雜因素，它們可以通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析（例如多變量回歸）手段進(jìn)行衡量和解釋。但是，現(xiàn)實(shí)問(wèn)題是我們無(wú)法知道是否所有這些因素都已被發(fā)現(xiàn)。同樣，CRP水平會(huì)隨著對(duì)亞臨床疾病的反應(yīng)而增加，從而有可能觀察到的關(guān)聯(lián)是由于反向因果關(guān)系造成的。其中值得注意的混雜因素是纖維蛋白原，它一種可溶的血漿糖蛋白，能使血液凝結(jié)，同樣也是炎癥反應(yīng)的一部分。盡管觀察到CRP與冠心病風(fēng)險(xiǎn)呈正相關(guān)，但對(duì)各種常規(guī)風(fēng)險(xiǎn)因素（例如年齡，性別，體重指數(shù)和糖尿病狀態(tài)）的調(diào)整矯正之后該關(guān)聯(lián)度可降低，并在進(jìn)一步矯正纖維蛋白原時(shí)接近零。評(píng)估CRP的升高是否與纖維蛋白原的變化有因果關(guān)系非常重要，因?yàn)槿绻麅烧咧g存在因果關(guān)系，CRP對(duì)CHD的效應(yīng)將會(huì)收到纖維蛋白原的影響，這會(huì)減弱真實(shí)的因果關(guān)系。

1.3.3工具變量

為了解決常規(guī)流行病學(xué)中混雜因素和反向因果關(guān)系的問(wèn)題，我們引入了工具變量的概念。工具變量是可測(cè)量的數(shù)量（變量），它與我們感興趣的風(fēng)險(xiǎn)因素相關(guān)，但與其他混雜因素不相關(guān)，并且它對(duì)結(jié)局的影響只能通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)因素所實(shí)現(xiàn)。詳細(xì)內(nèi)容可以參考往期內(nèi)容什么是工具變量？

1.3.4遺傳變異作為工具變量

遺傳變異是個(gè)體之間不同的遺傳密碼的一部分。在孟德?tīng)栯S機(jī)化中，遺傳變異被用作工具變量，那么人群中的個(gè)體可以根據(jù)其遺傳變異分為不同的亞組。假設(shè)遺傳變異在人群中“隨機(jī)”分布，與環(huán)境和其它混雜因素?zé)o關(guān)，那么這些遺傳亞組在環(huán)境和混雜因素上的水平應(yīng)該沒(méi)有差異。此外，由于每個(gè)人的遺傳密碼都是在出生前確定的，因此在成熟個(gè)體中測(cè)得的變量不可能是遺傳變異的“原因”，這也將因果關(guān)系的方向確定下來(lái)了?，F(xiàn)在回到我們的示例，如果我們可以找到與CRP水平相關(guān)的合適的遺傳變異（或多個(gè)變異），那么我們可以將由CRP平均水平較低的個(gè)體組成的亞組與CRP平均水平較高的亞組進(jìn)行比較。實(shí)際上，這就相當(dāng)于我們正在人口中開(kāi)展一項(xiàng)自然實(shí)驗(yàn)，通過(guò)自然實(shí)驗(yàn)，自然隨機(jī)給予了某些個(gè)體遺傳“治療”以提高其CRP水平，如果攜帶相關(guān)遺傳變異（與CRP水平升高且滿(mǎn)足工具變量假設(shè)）的個(gè)體表現(xiàn)出較高的CHD發(fā)生率，那么我們可以得出結(jié)論，CRP是CHD的因果風(fēng)險(xiǎn)因素，而降低CRP可能會(huì)導(dǎo)致冠心病發(fā)病率降低，同時(shí)我們可以進(jìn)一步估算出因果參數(shù)。盡管孟德?tīng)栯S機(jī)化方法使用遺傳變異來(lái)回答推論性問(wèn)題，但這些并不是遺傳學(xué)問(wèn)題，而是流行病學(xué)的因果推斷問(wèn)題。

1.3.5違反工具變量假設(shè)

在實(shí)際研究中，僅憑觀測(cè)數(shù)據(jù)是無(wú)法檢驗(yàn)兩個(gè)變量之間是否存在因果關(guān)系，因?yàn)樗鼘?shí)際上并不滿(mǎn)足工具變量假設(shè)。例如，如果孟德?tīng)栯S機(jī)化分析中使用的與CRP水平相關(guān)的遺傳變異也與血壓獨(dú)立相關(guān)，則遺傳亞組的比較將不是CRP對(duì)冠心病風(fēng)險(xiǎn)的因果效應(yīng)的有效檢驗(yàn)，因?yàn)樗艿搅烁哐獕旱纫蛩氐母蓴_。工具變量假設(shè)的有效性對(duì)于孟德?tīng)栯S機(jī)調(diào)查的解釋至關(guān)重要，我們將會(huì)在后面詳細(xì)和大家介紹。

1.3.6 CRP CHD遺傳學(xué)合作

這里我們主要以CRP與冠心病風(fēng)險(xiǎn)和纖維蛋白原的因果關(guān)系為例，解釋孟德?tīng)栯S機(jī)化中使用的統(tǒng)計(jì)方法和問(wèn)題。數(shù)據(jù)來(lái)自CRP CHD遺傳合作組織（CCGC），該聯(lián)盟由47項(xiàng)研究組成，包括隊(duì)列研究，病例對(duì)照研究和嵌套病例對(duì)照研究。這些研究大多記錄了有關(guān)CRP水平，CHD突發(fā)事件（或回顧或橫斷面研究中CHD事件的歷史）以及多達(dá)20種與CRP水平相關(guān)的遺傳變異的數(shù)據(jù)。在這些研究中，我們將集中研究四個(gè)遺傳變異，它們主要位于1號(hào)染色體上CRP基因區(qū)域內(nèi)或其周?chē)?/p>

好了，今天的內(nèi)容就分享到這里，米老鼠會(huì)在接下來(lái)的時(shí)間持續(xù)更新孟德?tīng)栯S機(jī)化研究的相關(guān)知識(shí)，敬請(qǐng)期待！