目的  采用孟德尔随机化（MR）分析肠道菌群与功能性消化不良（FD）之间的因果关系及血液代谢物的潜在中介效应。

方法  利用公开的全基因组关联研究（GWAS）网站的汇总数据，提取473种肠道菌群及233种血液代谢物，FD的GWAS数据来源于芬兰数据库。采用两样本MR分析探究肠道微生物和血液代谢物与FD之间的潜在关联，敏感性分析检验MR分析结果是否可靠，中介MR探究血液代谢物的潜在效应。

结果  共发现29个肠道菌群、2个血液代谢物与FD存在可靠因果关系（P＜0.05）；中介分析发现，高密度脂蛋白中总胆固醇比例在劳森氏菌与FD风险的因果关系中存在中介效应。

结论  劳森氏菌与FD存在正相关关系，高密度脂蛋白中总胆固醇比例在其中起到中介作用。

功能性消化不良（functional dyspepsia，FD）是一种由胃和十二指肠功能紊乱引起的非器质性疾病，主要表现为上腹部不适和疼痛[1]。传统研究认为，胃肠动力异常、内脏高敏感性及神经系统功能障碍等因素是FD的主要发病机制，然而近年研究提出，低度炎症反应及肠道微生物群的组成变化在FD的发生发展中可能发挥重要作用 [2-3]。肠道菌群主要由人体肠道内生存的多种微生物组成，在维持人体健康、调节免疫功能及神经内分泌活动中具有重要作用，是人体健康和疾病调控的关键调节器之一[4]。研究表明，FD患者肠道菌群失调主要表现为菌群丰度和多样性的降低以及小肠细菌过度生长 [5]。肠道菌群不仅参与食物的消化和营养吸收，还在能量代谢、脂质代谢和葡萄糖代谢等方面发挥重要作用。菌群失衡可能通过改变肠道内短链脂肪酸、胆汁酸和氨基酸等代谢产物，影响宿主的代谢状态。同时，肠道菌群的代谢产物还可能通过肠-脑轴调节中枢神经系统，进一步影响患者的情绪和认知功能。肠道菌群失调不仅与胃肠功能的紊乱相关，还与宿主的整体代谢状态紧密相连，但此类研究多基于观察性数据，缺乏明确的因果推 断。

孟德尔随机化（Mendelian randomization，MR）是一种遗传流行病学研究方法，由于遗传变异在受孕时就已经确定，因此与观察性研究相比，MR不易受环境混杂因素和反向因果关系的影响 [6]。本研究采用MR方法分析肠道菌群与FD之间的关系，并进一步探讨血液代谢物在其中是否发挥中介作用，旨在阐明肠道菌群、血液代谢物及疾病之间的相互作用，为FD的诊断和治疗提供新的研究思路和方向。

1 资料与方法

1.1 数据来源

肠道菌群的全基因组关联研究（genome-wide association study，GWAS）数据来源于NHGRI-EBI GWAS Catalog（https://www.ebi.ac.uk/gwas/），由Qin等[7]在Nature Genetics发表并上传（项目编号GCST90032172–GCST90032644），原始数据来自FINRISK 2002队列，涵盖5 959名芬兰成年人。肠道菌群通过浅层宏基因组测序获得，共纳入473种类群（包括10个门，18个纲，24个目，58个科，143个属，213个种及7种未分类）进行分析[8]；FD数据来源于芬兰数据库R12（https://www.finngen.fi/en），数据均来自欧洲血统个体，包括12 179例FD患者和423 785例对照；血液代谢物的GWAS数据基于Karjalainen等[9]研究，涵盖33个队列的136 016名参与者，通过核磁共振波谱量化了233种代谢物，包括213个脂质代谢物（脂蛋白、脂肪酸等）和20个非脂质代谢物（氨基酸、酮体、炎症相关代谢物等），包含13 389 637个单核苷酸多态性（single-nucleotide polymorphisms，SNPs）。

1.2 工具变量的筛选

本研究预先根据P＜5×10-8选择与肠道菌群具有显著意义的SNPs位点，由于提取不到部分菌群的显著位点或菌群SNPs个数较少，因此放宽阈值要求，根据P＜1×10-5选择显著相关的SNPs作为遗传工具变量（instrumental variables，IVs）评估暴露与结局的因果关联[10]。为确保纳入的SNP之间相互独立，减少等位基因关联引起的潜在影响，以R2＜0.001，kb=10 000为条件去除连锁不平衡。选择F＞10的工具变量以排除弱IVs。

1.3 统计学分析

使用R 4.3.2中的Two Sample MR软件包进行MR分析，采用逆方差加权法（inverse variance weighted，IVW）、MR-Egger回归（MR-Egger）以及加权中位数法、简单模型法和加权模型法五种方法评估肠道菌群与FD之间是否存在因果关系，以IVW作为主要分析方法，其他四种方法作为补充。使用优势比（odds ratio，OR）及95%置信区间（confidence interval，CI）评估因果效应，OR＞1提示正向因果关系，OR＜1提示负向因果关系。为确保结果稳健性，开展敏感性分析：通过Cochran's Q检验评估异质性，通过MR-Egger截距和MR-PRESSO检验判断多效性；留一法用于识别影响显著的单个SNP；Steiger检验用于验证因果方向。

如果满足以下条件，则认为存在中介效应：①暴露因素与研究结局相关，但未调整中介（beta all）；②暴露因素与中介之间存在相关性（beta 1）；③中介与研究结局相关（beta 2）[11-12]。研究通过两步法MR中介分析计算肠道菌群对FD的总效应（beta all）、对中介血清代谢物的因果效应（beta 1）、中介血清代谢物对FD的因果效应（beta 2），进而估算中介效应（beta 12=beta 1×beta 2）、直接效应（beta direct=beta all-beta 12）以及中介效应占比。总效应反映肠道菌群对FD的整体影响，可分解为中介路径上的间接效应与非中介路径的直接效应。若中介效应与总效应的方向不一致，则不可计算中介效应比[13]。

2 结果

2.1 肠道菌群与FD的双向因果关系

正向MR分析结果发现30个肠道菌群与FD存在因果关系（P＜0.05），经FDR校正后结果一致，其中16个肠道菌群OR＞1，为FD的风险因素，14个肠道菌群OR＜1，为FD的保护性因素（附件表1）。敏感性分析提示，1对因果关系存在水平多效性，不存在异质性，剔除后共计29个肠道菌群与FD存在可靠因果关系，见附件表2。

通过对FD与473种肠道菌群进行反向MR分析，共检测到12种肠道菌群与FD变间存在反向因果关系，见附件表3。反向MR结果敏感性分析未发现存在异质性或水平多效性。与正向MR结果绘制韦恩图，未发现交集，表明肠道菌群与FD之间不存在双向因果关系。

2.2 血浆代谢物与FD的因果关系

IVW法分析233个血浆代谢物与FD的因果关系，共筛选出2个代谢物比率（表1），敏感性分析未发现异质性与水平多效性（P＞0.05）。Steiger检验结果表明因果关系不受反向因果关系的影响（P＜0.05）。将各项IVW结果的β值作为效应量用于中介分析。

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  表格1 血液代谢物与FD的MR结果

  Table1.MR results for blood metabolites and FD

  

2.3 血浆代谢物比率与肠道菌群的因果关系

对上述筛选出的29个肠道菌群与2个血浆代谢物比率进行。IVW法分析得到2对因果关系，敏感性分析发现1对因果关系存在异质性及水平多效性（P ＜0.05），剔除后获得1对满足全部敏感性分析的关系组，见表2。留一法结果显示，不存在单一SNP驱动估计值的情况。

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  表格2 血液代谢物与肠道菌群的MR及敏感性分析结果

  Table2.MR and sensitivity analysis results for blood metabolites and gut microbiota

  

2.4 代谢物中介分析

两步法中介分析结果显示，在劳森氏菌（Lawsonibacter sp002161175）与FD的因果关系中，高密度脂蛋白中总胆固醇比例（total cholesterol to total lipids ratio in very large HDL）的中介效应β值（beta 12）与总效应β值（beta all）符号相反，为遮掩效应，见表3。

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  表格3 中介分析结果

  Table3.Mediation analysis results

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3 讨论

FD发病机制复杂且尚未完全明确，越来越多的研究表明肠道菌群失衡在FD的发生和发展中起着重要作用，但具体的因果关系及其机制仍未得到充分阐明[14-17]。本研究通过MR分析方法，探讨了肠道菌群与FD之间的潜在因果关系，筛选获得劳森氏菌等16个肠道菌群为其危险菌（OR ＞1），13个肠道菌群为其保护性菌（OR＜1），可能为FD的发生和发展机制提供新的视角，同时也为治疗提供新的干预靶点。采用233种血液代谢物作为中介变量，结果发现，在劳森氏菌与FD之间的因果关系中，高密度脂蛋白中总胆固醇比例起到了遮掩效应，表明劳森氏菌可能通过影响血液中高密度脂蛋白中胆固醇比例，间接影响FD的发生。

劳森氏菌是瘤胃菌科下一个较新的细菌属，在肠道中以发酵作用为主，产生乙酸和丁酸作为其代谢终产物[18-19]。研究表明，瘤胃菌在患有炎症性肠病、肠易激综合征、广泛性焦虑症等疾病的患者体内显著性升高[20-22]。Manghi等[23]研究通过宏基因组测序技术分析22 867名参与者的粪便样本，评估了肠道微生物组的组成和多样性，结果发现劳森氏菌的丰度与咖啡摄入量呈显著正相关。本研究的MR结果进一步提示劳森氏菌与FD风险存在正向因果关联。总胆固醇（total cholesterol，TC）包括游离胆固醇和胆固醇酯，是脂蛋白中的主要脂质成分[24]。高密度脂蛋白胆固醇（high-density lipoprotein cholesterol，HDL-C）具有反向运输胆固醇、抗氧化和抗炎的功能，将外周组织中的过量胆固醇带回肝脏进行代谢或排泄[25]。因此，高密度脂蛋白中胆固醇比例不仅反映胆固醇在脂蛋白中的分布，也反映脂蛋白的功能性变化[26]。当HDL-C比例较高时，表明脂蛋白在胆固醇的转运过程中发挥主导作用 [27]。胆固醇代谢出现异常胆固醇是胆汁酸生成的前体，而胆汁酸在脂肪的消化和吸收过程中起着关键作用 [28]。TC与三酸甘油脂比值过高可能导致胆汁酸的合成与分泌失衡，影响胆汁的乳化功能，阻碍脂肪正常消化，临床上可表现为FD。在本研究中，高密度脂蛋白中胆固醇比例在劳森氏菌与FD的因果关系中起到遮掩效应，但该路径的生物学机制仍需进一步功能实验验证。这一发现揭示了脂质代谢在肠道微生物引发的消化系统疾病中的潜在作用，并提示在未来的FD疾病研究中，可以进一步关注脂质代谢与微生物之间的复杂相互作用。

本研究存在一定局限性。首先，本研究使用群体水平的基因组关联分析数据，忽略了个体差异的可能影响。不同个体的肠道菌群和代谢物可能受到饮食、生活习惯、环境等多种因素的影响，可能导致不同群体之间的菌群和代谢物差异。此外，中介MR分析虽然揭示了高密度脂蛋白中总胆固醇比例在劳森氏菌与FD之间的中介效应，但该效应可能较为微弱或受到其他因素的影响，在FD复杂的病理生理过程中，单一中介变量往往难以充分解释肠道菌群与FD之间的因果关联。因此，未来研究可进一步纳入更多与代谢相关的生物标志物，系统刻画潜在的中介通路；此外，引入个体化分析策略，结合临床表型与多组学数据，从个体层面解析菌群-代谢物-FD的因果机制及可能存在的其他未知代谢途径，从而更深入地阐明HDL胆固醇比例影响FD风险的潜在生物学机 制。

综上，本研究发现劳森氏菌与FD存在正相关关系，高密度脂蛋白中总胆固醇比例在其中起到中介作用。

附件见《医学新知》官网附录（https://yxxz.whuznhmedj.com/futureApi/storage/appendix/20202065.pdf）

伦理声明：不适用

作者贡献：数据获取：张谦、王飞勇；数据分析：何宏伟、张越迪；文章撰写：雷佳；论文审定：谭壮忱；研究设计、基金支持：刘静、雷佳

数据获取：本研究中使用和（或）分析的数据可在公开数据库IEU OpenGWAS project（https://gwas.mrcieu.ac.uk/）以及FinnGen数据库（https://www.finngen.fi/）网站获取

利益冲突声明：无

致谢：不适用

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