添加时间：2024-07-25
摘要
本研究利用孟德尔随机化(MR)方法探讨了二甲双胍靶点对阿尔茨海默病(AD)的因果效应以及在大脑中可能的因果机制。研究发现，二甲双胍药物靶点效应的基因替代物（相当于HbA1c降低6.75 mmol/mol或1.09%）与非糖尿病个体中AD风险降低4%相关。特别是二甲双胍的一个靶点——线粒体复合物1(Mitochondrial complex 1, MC1)显示出对AD的显著效应，且该效应独立于AMP激活蛋白激酶(AMP-activated protein kinase, AMPK)。大脑皮层组织中MCI相关基因(NDUFA2)表达的降低与降低的AD风险和有利的认知功能相关。研究表明，二甲双胍的使用可能在普通人群中降低AD风险，线粒体功能和NDUFA2基因是抗痴呆保护中可能的作用机制。
引言
二甲双胍是治疗糖尿病患者高血糖的一线药物，同时被研究作为治疗与衰老相关疾病的候选药物，包括依赖和不依赖血糖控制的病症。观察性研究表明，二甲双胍的使用可能降低糖尿病患者中痴呆的发病率，但其在非糖尿病人群中对痴呆的确切因果作用尚不明确。MR分析通常利用从大型生物库或联盟获得的遗传数据，代表一般人群的暴露和结果状态。二甲双胍的整体效果受多种药理学靶点影响，包括AMP活化蛋白激酶(AMPK)、线粒体复合物1(MCI)、线粒体甘油3(MG3)、生长分化因子15(GDF15)以及胰高血糖素样肽-1(GLP1)/胰高血糖素(GCG)，都需要考虑其对痴呆发病率的影响。此外，二甲双胍还通过不同的生物学途径对心脏、肾脏和大脑有益。因此，本研究旨在准确评估二甲双胍在普通人群中对AD的因果效应及其作用机制。方法
1. 研究设计和受试者
研究旨在了解二甲双胍对两种认知结果的影响：AD和代理AD（即基于父母诊断的近似AD），以及认知功能。研究选择了22个与二甲双胍作用相关的基因，并分析了这些基因附近的32个遗传变异。研究人群包括344,182名UKB中的个体，其中5.3%被临床诊断为糖尿病。主要的生物标志物是血糖生物标志物HbA1c。此外，研究还考察了这些基因在大脑中的表达水平（来自6601名脑供体），以探索其与AD及认知功能的关联。
2.二甲双胍作用的遗传预测因子的选择和验证
本研究选择二甲双胍降糖作用的遗传预测因子涉及三个主要步骤：首先，将二甲双胍映射到其五个药理学靶点(AMPK、MCI、MG3、GDF15和GLP1/GCG)；其次，将这些靶点映射到相关基因；最后，将这些相关基因映射到二甲双胍相关的遗传变异。为了筛选有效的遗传预测因子来代表二甲双胍的降糖效果，研究采用了MR和遗传共定位方法，通过过滤具有高度相关性（r2 > 0.8）的遗传变异，并考虑这些变异对基因表达和HbA1c水平的影响。最终，从22个基因中选出32个遗传变异作为二甲双胍降低HbA1c效果的预测因子。3.大脑中二甲双胍相关基因遗传预测因子的选择和验证
研究假设大脑中二甲双胍相关基因的表达变化可能影响认知结果。利用MetaBrain联盟的数据，研究者在大脑皮层中搜索了22个与二甲双胍作用相关的基因的表达量遗传变异（eQTLs）。
4.统计分析
本研究包括了主要MR分析和候选基因分析两部分，以估计二甲双胍靶点对认知结果的影响，以及大脑中22个与二甲双胍相关的基因表达水平对认知结果的影响。使用了Cochran’s Q检验来评估遗传预测因子间的异质性。对于每个基因，选择了具有最低p值的eQTLs，并确保与附近eQTLs的配对连锁不平衡r2小于0.001，以选择独立的预测因子。5.后续MR分析
为应用不同的MR方法验证结果，研究者使用UKB中的个体水平数据进行了单样本MR分析。6.遗传与观察性证据的三角验证
研究整合了来自文献的观察性研究和MR的遗传证据，以寻找正面对照，近似使用遗传数据模拟临床试验效应的规模机制。
7.检验MR假设
MR依赖于三个核心假设：相关性、可交换性和排除限制。研究者使用了一系列方法来测试这些假设，包括MR Egger回归、加权中位数分析和模式估计分析。
结果
1.二甲双胍对阿尔茨海默病和认知功能的影响
研究通过MR分析评估了二甲双胍对认知功能和阿尔茨海默病风险的影响。结果显示，二甲双胍可能对降低阿尔茨海默病风险有一般影响（OR=0.85, 95% CI 0.78-0.93, p=4.58×10^-4），并维持普通人群的认知功能（β=0.09, 95% CI 0.02-0.16, p=0.01）。敏感性分析支持了这些结果，显示二甲双胍对非糖尿病个体的阿尔茨海默病风险具有保护作用（OR=0.96, 95% CI 0.95-0.98, p=1.06×10^-4）。特别是在MCI（轻度认知障碍）的防治上，二甲双胍表现出最强的效果（OR=0.88, p=4.73×10^-4）。研究还表明，这些影响可能与血糖非依赖性机制有关，与HbA1c的遗传预测循环没有直接关联。作为阳性对照，使用固定效应和随机效应模型验证了遗传预测因子和MR方法的可靠性（OR=0.68, 95% CI 0.50-0.91, p=9.7×10^-3）。
2.大脑中基因表达水平对阿尔茨海默病和认知功能的影响
本研究利用MR分析评估了17个与阿尔茨海默病相关的基因和13个与认知功能相关的基因，总共进行了30次测试，通过Bonferroni校正确定了显著性水平（p=1.67×10^-3）。结果显示，脑皮层中MCI相关基因NDUFA2的表达水平降低与减少阿尔茨海默病风险（OR=0.95，p=4.64×10^-4）和保持认知功能（β=0.04，p=4.09×10^-4）相关联。共定位分析进一步支持了这种因果效应的假设（共定位p值分别为83%和82%）。另外，AMPK相关基因PRKAA1的表达增加也显示出对降低阿尔茨海默病风险有影响的证据（OR=0.95，p=2.36×10^-3），略低于Bonferroni校正阈值。
3.二甲双胍对认知功能影响的随访分析和三角测量
该研究进行了两项随访分析，旨在验证二甲双胍对认知功能的影响。首先，利用英国生物样本库的基因型和表型数据建立遗传评分，结果显示二甲双胍对认知功能有影响。其次，研究指出二甲双胍在MCI（轻度认知障碍）特异性方面对认知功能影响不大。此外，结合药物流行病学证据和遗传分析结果，支持二甲双胍可能有助于减缓认知能力下降。
讨论
研究结果表明，二甲双胍通过抑制线粒体呼吸链中的MCI，在降低普通人群患阿尔茨海默病风险方面发挥了因果作用，此作用与AMPK途径独立。研究还发现，线粒体相关基因NDUFA2的表达水平可能对阿尔茨海默病和认知功能有因果作用，主要在大脑中发挥作用。此外，研究结果促进了二甲双胍的再利用，作为预防痴呆的潜在策略，尤其适用于不能耐受现有药物或有糖尿病、胰岛素抵抗和肥胖等风险因素的人群。尽管研究有几个优势，如涉及多靶点药物和良好的遗传预测因子仪器强度，但也存在一些局限性，如代表一般人群平均线性因果效应和部分理解的生物学机制。未来的研究应考虑非线性MR方法和新的遗传工具，以进一步探索二甲双胍的作用机制和靶点选择。参考文献
Zheng J, Xu M, Walker V,et al. Evaluating the efficacy and mechanism of metformin targets on reducing Alzheimer's disease risk in the general population: a Mendelian randomisation study. Diabetologia. 2022 Oct;65(10):1664-1675.
