A Mendelian Randomization Study on the Relationship between Immune Cells and Drug Dependence
Objective: A two-sample Mendelian randomization (MR) approach was used to investigate the causal effect of 731 immune cell phenotypes on the risk of developing drug dependence. Methods: Eligible 731 immune cell phenotypes and drug-dependent causality were screened in the genome wide association study (GWAS) database. A total of three types of immune profiles (median fluorescence intensities (MFI), relative cell (RC), and absolute cell (AC)) were included. Comprehensive sensitivity analyses were used to validate the heterogeneity and horizontal multidirectionality of the results. Results IVW results showed a causal effect of immune cells and risk of immune cell pathogenesis, with two immune phenotypes protective against drug dependence: activated Treg %CD4 Treg (OR = 0.859, 95% CI: 0.763~0.967, P = 0.012), CD3 on activated Treg (OR = 0.881, 95% CI: 0.780~0.995, P = 0.042). Harmful effects of five immunophenotypes on drug dependence: CD28 on activated&secreting Treg (OR = 1.152, 95%CI: 1.006~1.320, P = 0.041), CM DN (CD4-CD8-)%T cell (OR = 1.152, 95%CI: 1.017~1.305, P = 0.026), HLA DR+ CD8br %lymphocyte (OR = 1.162, 95%CI: 1.032~1.308, P = 0.013), Mo MDSC AC (OR = 1.135, 95%CI: 1.008~1.279, P = 0.037), TD CD8br AC (OR = 1.398, 95%CI: 1.036~1.887, P = 0.028). Conclusions: Our study demonstrates a strong link between immune cells and drug dependence by genetic means, thus providing guidance for future clinical research and prevention.
Immunity
免疫细胞与药物依赖之间的因果关系是当前医学研究领域备受关注的重要课题。作为机体抵御病原体和维护稳态的关键组成部分,免疫细胞的功能状态对个体的健康至关重要,免疫细胞的工程化治疗已经成为临床现实。多种工程化T细胞疗法已获得批准,用于治疗多种疾病,目前,临床前和临床研究正在测试多种策略,以修改免疫细胞的命运和功能,用于癌症、传染病等领域。
免疫细胞包括各种类型的白细胞,如T细胞、B细胞、巨噬细胞等,它们在维持免疫平衡和对抗感染等方面发挥着独特的作用
药物依赖问题不仅涉及药物的生物学效应,更与个体的遗传背景和免疫系统状态有关。药物在机体内的代谢、作用机制以及对免疫细胞的影响是导致药物依赖差异的关键因素之一。因此,通过深入研究免疫细胞与药物依赖的因果关系,我们有望揭示药物治疗的个体差异,为精准医疗提供理论支持
为了解决免疫细胞与药物依赖关系的因果问题,研究采用了孟德尔随机化方法。这一方法通过利用自然界中存在的遗传变异,将免疫细胞的状态作为因变量,药物依赖作为自变量,以遗传变异作为工具变量,实现对因果关系的推断
本研究采用了双样本单向Mendelian Randomization (MR)方法,以探究免疫细胞表型与药物依赖之间的因果关系。进行了一项双样本MR研究,用以评估免疫细胞表型和药物依赖之间的因果联系。
免疫细胞数据来自GWAS,撒丁岛的3757名个体的基因组数据和731种免疫细胞特征数据,采用流式细胞术(flow cytometry)测量731种免疫细胞表型,包括四种免疫特征(MFI、RC、AC和MP),使用了两个不同的流式细胞仪(flow cytometers)来检测细胞的比例(proportions)、绝对数(absolute counts)和荧光强度(median fluorescence intensities, MFIs)。细胞的比例是指细胞在总细胞数中所占的百分比,细胞的绝对数是指细胞在每微升血液中的数量,细胞的荧光强度是指细胞表面抗原的表达水平。这些细胞特征反映了免疫细胞的组成(composition)、数量(quantity)和功能(function)
药物依赖研究使用了Biobank Japan的179,000个体基因组和220种深度表型数据,结合病史和电子病历文本挖掘。通过220个深度表型的全基因组关联研究(GWAS),与UK Biobank和FinnGene的数据联合分析,采用ICD-10的诊断标准判断药物依赖。ICD-10定义药物依赖为个体在过去一年内出现强烈渴望、难以控制、持续使用、耐受性、戒断综合征、乐趣减退和持续使用等症状。通过电子病历文本提取相关信息,评估个体是否患有药物依赖,涉及酒精、阿片类药物、大麻、镇静催眠药、可卡因、兴奋剂、致幻剂和多重药物使用。这研究为深入理解药物依赖提供了详实而综合的基因组数据分析
从免疫细胞的GWAS中,为了满足第一个MR假设,即SNP必须与暴露因素强相关,我们筛选了P值小于P < 5 × 10−8的工具变量。在全基因组水平上,我们选择了与暴露因素显著相关的SNP。为了避免因SNP数量过少而导致的不准确性,进行了如下操作,将免疫细胞表型与药物依赖的显著性阈值放宽至5 × 10−6,并剔除了连锁不平衡反应(r2 < 0.001,遗传相互距离 > 10000 kb),以此确保工具变量的独立性。排除F值 < 10的SNP,以避免弱工具偏倚
本文以免疫细胞(immune cells)作为暴露因素,与免疫细胞显著相关的SNPs作为IVs,结局因素为药物依赖(Drug dependence),将免疫细胞全基因组数据(GCST0001391-GCST0002121),共731种免疫细胞特征,并进行筛选,与结局数据进行MR分析的方法进行因果分析,并进行异质性检验和多小性检验,最后对结果的可靠性进行检验。在进行MR研究时,工具变量(IVs)需要符合三个核心假设:1) IVs与暴露因素具有显著的相关性;2) IVs仅通过暴露因素对结局产生影响,而不直接与结局相关;3) IVs与“暴露–结局”关系中的混杂因素无关
本研究探讨免疫细胞与药物依赖发生风险的遗传相关性与因果关联,分析框架图见
本研究采用孟德尔随机化的检验方法,主要应用逆方差加权(Inverse Variance Weighting, IVW)法、加权中位数(Weighted Median, WM)法和MR-Egger法
我们的研究使用了Cochran Q来计算MR-Egger和IVW分析中的异质性,根据表中的结果(Q值的P值均>0.05),可以得出未存在明显异质性
图2. 免疫细胞表型和药物依赖孟德尔随机化(MR)分析的散点图">">
之后进行了MR-Egger-Intercept测试,未检测到药物依赖潜在的水平多效性(P值均大于0.05,说明工具变量并不显著通过暴露以外的途径影响结局
图3. 免疫细胞表型和药物依赖孟德尔随机化(MR)“留一法”分析结果森林图
图4. 免疫细胞表型和药物依赖孟德尔随机化(MR)分析的漏斗图
孟德尔随机化分析结果,(见
另外五种免疫表型对药物依赖的危害作用:CD28 on activated & secreting Treg (OR = 1.152, 95%CI: 1.006~1.320, P = 0.041)、CM DN (CD4-CD8-)%T cell (OR = 1.152, 95%CI: 1.017~1.305, P = 0.026)、HLA DR + CD8br %lymphocyte (OR = 1.162, 95%CI: 1.032~1.308, P = 0.013)、Mo MDSC AC (OR = 1.135, 95%CI: 1.008~1.279, P = 0.037)、TD CD8br AC (OR = 1.398, 95%CI: 1.036~1.887, P = 0.028),提示上述五种免疫表型每增加一个标准差,药物依赖的患病风险将增加15.2%、15.2%、16.2%、13.5%、39.8%。这些结果提示了这些免疫表型对药物依赖的不同影响,为深入理解免疫系统与药物依赖之间的关系提供了重要线索。
药物依赖是一种受遗传、环境和免疫因素影响的多方面疾病。最近的研究揭示了免疫细胞在调节药物反应和成瘾途径中的作用
我们发现,表达CD4和CD3的活化调节性T细胞(Tregs)是免疫系统中的重要组成部分,它们可以维持免疫平衡,防止过度免疫反应,从而对药物依赖产生保护作用。而另外五种免疫细胞:表达CD28的活化和分泌调节性T细胞(Tregs)、中央记忆双阴性T细胞(CMDN)、HLA DR+ CD8br %淋巴细胞和活化、循环的髓源性抑制细胞(Mo MDSC AC)和终末分化的CD8+T细胞(TD CD8br AC)。这些结果提示,不同的免疫细胞在药物依赖的发生和发展中可能起到不同的作用。
激活的调节性T细胞是一类具有免疫抑制功能的T细胞,它们可以通过分泌细胞因子或直接接触的方式,抑制其他免疫细胞的活性,维持免疫耐受和免疫平衡
另一项研究发现,激活的调节性T细胞可以抑制酒精诱导的肝脏炎症和纤维化
综上所述,本研究揭示了免疫细胞表型与药物依赖的关系,为药物依赖的预防和治疗提供了新的线索。然而,本研究仍有一些局限性,例如,本研究只分析了数据库中的731种免疫细胞表型,未能涵盖所有的免疫细胞类型和亚群;本研究只使用了孟德尔随机化方法,未能进行实验验证和干预试验;本研究只考虑了免疫细胞表型与药物依赖的单向关系,未能探讨药物依赖对免疫细胞表型的影响。因此,未来的研究需要进一步扩大样本范围,增加免疫细胞表型的种类,采用多种方法进行验证和干预,以及考虑免疫细胞表型与药物依赖的双向关系,以期获得更全面和深入的认识。
*通讯作者。