肠道菌群与药物相关性骨坏死：两样本双向孟德尔随机化分析

doi:10.12307/2024.559

中国组织工程研究 ›› 2024, Vol. 28 ›› Issue (27): 4325-4331.doi: 10.12307/2024.559

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肠道菌群与药物相关性骨坏死：两样本双向孟德尔随机化分析

柴金莲1，李树栋2，李威3，杜海涛4，董丽敏1，梁学振2，王平1，4

山东中医药大学，1药学院，2第一临床医学院，3中医学院，山东省济南市 250355；4山东省中医药研究院，山东省济南市 250014

收稿日期:2023-10-16 接受日期:2023-11-20 出版日期:2024-09-28 发布日期:2024-01-27
通讯作者: 王平，博士，研究员，硕士生导师，山东中医药大学药学院，山东省济南市 250355；山东省中医药研究院，山东省济南市 250014 梁学振，博士，副教授，硕士生导师，山东中医药大学第一临床医学院，山东省济南市 250355
作者简介:柴金莲，女，1990年生，山东省滨州市人，汉族，山东中医药大学在读硕士。
基金资助:
国家自然科学基金资助项目(82205154)，项目负责人：梁学振；山东省中央引导地方科技发展资金项目(YDZX20203700002055)，项目负责人：王平；山东省自然科学基金面上项目(ZR2020MH386)，项目负责人：王平；山东省自然科学基金青年项目(ZR2021QH004)，项目负责人：梁学振；山东省医药卫生科技发展计划项目(2019WS577)，项目负责人：梁学振；山东省中医药科技项目(2020Q009)，项目负责人：梁学振；济南市临床医学科技创新计划(202019056)，项目负责人：梁学振

Gut microbiota and drug-associated osteonecrosis: a two‑sample Mendelian randomization study

Chai Jinlian1, Li Shudong2, Li Wei3, Du Haitao4, Dong Limin1, Liang Xuezhen2, Wang Ping1, 4

1College of Pharmacy, Shandong University of Traditional Chinese Medicine, Jinan 250355, Shandong Province, China; 2First College of Clinical Medicine, Shandong University of Traditional Chinese Medicine, Jinan 250355, Shandong Province, China; 3College of Traditional Chinese Medicine, Shandong University of Traditional Chinese Medicine, Jinan 250355, Shandong Province, China; 4Shandong Provincial Research Institute of Traditional Chinese Medicine, Jinan 250014, Shandong Province, China

Received:2023-10-16 Accepted:2023-11-20 Online:2024-09-28 Published:2024-01-27
Contact: Wang Ping, MD, Researcher, Master’s supervisor, College of Pharmacy, Shandong University of Traditional Chinese Medicine, Jinan 250355, Shandong Province, China; Shandong Provincial Research Institute of Traditional Chinese Medicine, Jinan 250014, Shandong Province, China Liang Xuezhen, MD, Associate professor, Master’s supervisor, First College of Clinical Medicine, Shandong University of Traditional Chinese Medicine, Jinan 250355, Shandong Province, China
About author:Chai Jinlian, Master candidate, College of Pharmacy, Shandong University of Traditional Chinese Medicine, Jinan 250355, Shandong Province, China
Supported by:
the National Natural Science Foundation of China, No. 82205154 (to LXZ); Shandong Province Centralized Guided Local Science and Technology Development Fund Project, No. YDZX20203700002055 (to WP); Shandong Province Natural Science Foundation (General Project), No. ZR2020MH386 (to WP); Shandong Province Natural Science Foundation (Youth Project), No. ZR2021QH004 (to LXZ); Shandong Province Medicine and Health Science and Technology Development Program, No. 2019WS577 (to LXZ); Shandong Province Traditional Chinese Medicine Science and Technology Project, No. 2020Q009 (to LXZ); Jinan Clinical Medicine Science and Technology Innovation Program, No. 202019056 (to LXZ)

摘要/Abstract

摘要：

文题释义：

肠道菌群：是定植在人体内复杂而庞大的微生物群落，肠道菌群及其代谢物短链脂肪酸在参与人体代谢、抵御外来致病菌以及调节免疫机制等方面发挥重要作用。人体肠道内寄生的细菌数目40万亿个，基因总数约为人自身基因数目的150倍。肠道菌群在正常情况下可以和宿主及外部环境建立起动态的生态平衡，一旦肠道菌群紊乱平衡失衡，会引发宿主多种功能丧失，如屏障功能丧失、炎症和免疫功能丧失等，从而诱发疾病。
孟德尔随机化：是流行病学研究中评估病因推断的数据分析技巧，是利用与暴露因素具有强相关的遗传变异作为工具变量，来评估暴露因素与结局之间的因果关系。

背景：药物相关性骨坏死是一类应用药物后出现的严重不良反应。大量的证据表明，肠道菌群与药物相关性骨坏死有关。然而，肠道菌群对药物相关性骨坏死的因果关系尚不清楚。

目的：采用孟德尔随机化方法来评估肠道菌群与药物相关性骨坏死风险之间的潜在因果关系。
方法：使用MiBioGen联盟肠道菌群的全基因组关联分析(GWAS)汇总统计数据(n=13 266)和芬兰R9数据库中药物相关性骨坏死的GWAS数据(264例药物相关性骨坏死患者和377 013例健康对照者)。采用逆方差加权法、MR-Egger回归法、加权中位数法、加权模型法和简单模型法来研究肠道菌群与药物相关性骨坏死之间的因果关系。敏感性分析用于检验孟德尔随机化分析结果是否可靠。反向孟德尔随机化以全部肠道菌群作为结局进行效应分析和敏感性分析。

结果与结论：①逆方差加权法结果显示，黏胶球形菌门、黏胶球形菌纲、黑色素杆菌纲、嗜胃杆菌目、红螺菌目、食物谷菌目和双歧杆菌属与药物相关性骨坏死呈直接的正向因果关联；甲烷杆菌纲、芽孢杆菌目、甲烷杆菌目、毛螺菌科、甲烷杆菌科、霍尔德曼氏菌属、毛螺菌属(UCG010)、厌氧杆菌和泰泽氏菌属与药物相关性骨坏死呈直接的负向因果关联。②反向孟德尔随机化结果显示，药物相关性骨坏死与梭菌科、消化链球菌科、链球菌科、梭状芽胞杆属和链球菌属呈直接的负向因果关联，与艾森伯格菌属呈直接的正向因果关联。③双向敏感性分析均未发现存在异质性或水平多效性。④结果证实，肠道菌群作为暴露，药物相关性骨坏死作为结局，7种细菌性状对药物相关性骨坏死呈正相关因果关系，9种细菌性状对药物相关性骨坏死呈负相关因果关系；药物相关性骨坏死作为暴露，肠道菌群作为结局，药物相关性骨坏死与5种细菌性状有负相关因果关系，与1种细菌性状有正相关因果关系。改变肠道菌群的多样性和组成，有望改善药物相关性骨坏死的发病与预后，为骨科疾病的研究提供了思路。

https://orcid.org/0009-0009-5134-8721(柴金莲)；https://orcid.org/0000-0001-7517-8688(王平)；https://orcid.org/0000-0001-5649-4212(梁学振)

中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

Abstract: BACKGROUND: Osteonecrosis due to drugs is a serious adverse reaction occurring after the application of such drugs. Increasing evidence suggests that the gut microbiota composition is associated with osteonecrosis due to drugs. However, the causal relationship of the gut microbiota to osteonecrosis due to drugs is still unclear.
OBJECTIVE: To evaluate the potential causal relationship between the gut microbiota and the risk of osteonecrosis due to drugs using the Mendelian randomization method.
METHODS: A two-sample Mendelian randomization study was performed using the summary statistics of gut microbiota from the largest available genome-wide association study meta-analysis (n=13 266) conducted by the MiBioGen consortium as well as the summary statistics of osteonecrosis due to drugs obtained from the FinnGen consortium R9 release data (264 cases and 377 013 controls). Inverse variance weighted, MR-Egger, weighted median, weighted model and simple model were used to examine the causal association between gut microbiota and osteonecrosis due to drugs. Sensitivity analysis was used to test whether the results of the Mendelian randomization analysis were reliable. Reverse Mendelian randomization analysis was performed on all the bacteria as an outcome for effect analysis and sensitivity analysis.
RESULTS AND CONCLUSION: Inverse variance weighted estimates suggested that Lentisphaerae (phylum), Lentisphaeria (class), Melainabacteria (class), Gastranaerophilales (order), Rhodospirillales (order), Victivallales (order) and Bifidobacterium (genus) had protective causal effects on osteonecrosis due to drugs. Methanobacteria (class), Bacillales (order), Methanobacteriaceae (family), Lachnospiraceae (family), Methanobacteriales (order), Holdemania (genus), Holdemania (UCG010 group) (genus), Odoribacter (genus) and Tyzzerella3 (genus) had negative causal effects on osteonecrosis due to drugs. According to the results of reverse Mendelian randomization analysis, Clostridiaceae1 (family), Peptostreptococcaceae (family), Streptococcaceae (family), Clostridiumsensustricto1 (genus) and Streptococcus (genus) showed negative causal effects on osteonecrosis due to drugs. However, Eisenbergiella (genus) showed protective causal effects on osteonecrosis due to drugs. None of the bidirectional sensitivity analysis revealed heterogeneity or horizontal pleiotropy. When gut microbiota were used as exposure and osteonecrosis due to drugs as the outcome, Mendelian randomization analysis found that seven bacterial traits were positively correlated to osteonecrosis due to drugs, nine bacterial traits were negatively related to osteonecrosis due to drugs. When osteonecrosis due to drugs were used as exposure and gut microbiota as the outcome, reverse Mendelian randomization analysis found a negative correlated relationship with five bacterial traits and a positive causal relationship with one bacterial trait. By changing the diversity and composition of gut microbiota, it is expected to improve the incidence and prognosis of osteonecrosis due to drugs, providing new ideas for the study of orthopedic diseases.

Key words: osteonecrosis due to drugs, gut microbiota, Mendelian randomization, single-nucleotide polymorphism, Genome-Wide Association Study, causality, inverse variance weighted, heterogeneity, horizontal pleiotropy, sensitivity analysis

中图分类号:

柴金莲, 李树栋, 李威, 杜海涛, 董丽敏, 梁学振, 王平. 肠道菌群与药物相关性骨坏死：两样本双向孟德尔随机化分析[J]. 中国组织工程研究, 2024, 28(27): 4325-4331.

Chai Jinlian, Li Shudong, Li Wei, Du Haitao, Dong Limin, Liang Xuezhen, Wang Ping. Gut microbiota and drug-associated osteonecrosis: a two‑sample Mendelian randomization study[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2024, 28(27): 4325-4331.

图/表（结果） 6

2.1 肠道菌群对药物相关性骨坏死的因果效应基于工具变量的筛选标准，196个肠道菌群共获得了2 077个SNPs，所纳入单一SNP对应的F统计量均大于10，故研究不易受到弱工具变量偏倚的影响。其中102个SNPs与9个门相关，178个SNPs与16个纲相关，216个SNPs与20个目相关，351个SNPs与32个科相关，1 230个SNPs与119个属相关。研究以逆方差加权法作为主要参考依据，以P < 0.05为标准，对196个细菌类群进行MR分析，见表1。研究得到16个细菌类群的共计163个可能与药物相关性骨坏死有关。这些类群包括1门(9个SNPs)、3纲(27个SNPs)、5目(47个SNPs)、2科(25个SNPs)和5属(55个SNPs)。分别是黏胶球形菌门、黏胶球形菌纲、黑色素杆菌(纲)、甲烷杆菌纲、芽孢杆菌目、嗜胃杆菌目、甲烷杆菌目、红螺菌目、食物谷菌目、毛螺菌科、甲烷杆菌科、双歧杆菌属、霍尔德曼氏菌属、毛螺菌属(UCG010)、厌氧杆菌属及泰泽氏菌属。

逆方差加权法分析的结果显示，黏胶球形菌门(OR=2.105，95%CI：1.174-3.775，P=0.013)，黏胶球形菌纲(OR=2.384，95%CI：1.278-4.447，P=0.006)，黑色素杆菌(纲)(OR=2.180，95%CI：1.123-4.232，P=0.021)，嗜胃杆菌目(OR=2.635，95%CI：1.318-5.268，P=0.006)，红螺菌目(OR=1.920，95%CI：1.020-3.616，P=0.043)，食物谷菌目(OR=2.384，95%CI：1.278-4.447，P=0.006)，双歧杆菌属(OR=2.882，95%CI：1.274-6.519，P=0.011)，与药物相关性骨坏死呈现正相关；甲烷杆菌纲(OR=0.554，95%CI：0.317-0.967，P=0.038)，芽孢杆菌目(OR=0.583，95%CI：0.348-0.977，P=0.040)，甲烷杆菌目(OR=0.554，95%CI：0.317-0.967，P=0.038)，毛螺菌科(OR=0.327，95%CI：0.133-0.804，P=0.015)，甲烷杆菌科(OR=0.554，95%CI：0.317-0.967，P=0.038)，霍尔德曼氏菌属(OR=0.506，95%CI：0.264-0.968，P=0.040)，毛螺菌属(UCG010)(OR=0.366，95%CI：0.140-0.956，P=0.040)，厌氧杆菌(OR=0.259，95%CI：0.073-0.913，P=0.036)，泰泽氏菌属(OR=0.417，95%CI：0.218-0.796，P=0.008)，与药物相关性骨坏死呈现负相关，见图2。

敏感性Q检验结果表明，所选的工具变量之间没有明显的异质性；MR Egger分析结果显示，黑色素杆菌纲表现出了微弱的水平多效性，这可能对最终的研究结果产生微弱的影响，其余细菌类型并未表现出水平多效性，见表2。留一法结果表明，未见明显离群值，MR研究结果的可靠性，见图3。

2.2 反向MR分析结果通过对药物相关性骨坏死及196个肠道菌群进行反向MR分析，共得到了6个肠道菌群与药物相关性骨坏死间存在反向因果关系，见表3，结果显示，药物相关性骨坏死与梭菌科、消化链球菌科、链球菌科、梭状芽胞杆属和链球菌属呈负相关，与艾森伯格菌属呈正相关，见图4。反向MR结果敏感性分析结果显示，均未发现存在异质性或水平多效性。

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引言

药物相关性骨坏死是骨科常见的难治性疾病之一，多为应用药物后出现的严重不良反应[1]，常发生于股骨头、肱骨头、膝关节、腕部、足踝、胫骨、颌骨以及外耳道等部位[2-7]，可呈现出单发性或多灶性坏死[8-9]。这些药物包括皮质类固醇、抗再吸收药物、抗癌药物和免疫抑制剂等[10-11]，药物相关性骨坏死的发生率呈逐步上升趋势，备受关注。目前药物相关性骨坏死的病理机制尚不完全清楚，多数研究认为与凝血功能障碍、细胞凋亡异常、脂质代谢功能障碍、血管生成异常、炎症以及肠道菌群等相关[12-15]。
人类的肠道中存在着数万亿种细菌，与人类基因组共同进化，包含了人类基因补体150倍以上的基因，与人类多种复杂疾病存在相关性[16-17]，不同药物干预后肠道菌群参与调节宿主机体[18]。研究表明，肠道菌群与骨量减少密切相关，在药物相关性骨坏死发生发展过程中发生显著变化[19]。CHEN等[20]采用糖皮质激素造模处理的小鼠与健康小鼠同笼居住或者与健康小鼠的肠道菌群一起定植，发现两种干预方式均能降低糖皮质激素对股骨头的破坏作用，16S rRNA基因测序结果表明糖皮质激素干预的小鼠与健康小鼠同笼居住可挽救糖皮质激素引起的动物肠道乳杆菌的减少。但肠道菌群与药物相关性骨坏死之间的关联容易受到年龄、环境、饮食模式和生活方式等混杂因素的影响，这些条件限制了两者的因果推断。孟德尔随机化(Mendelian Randomization，MR)是探究肠道菌群与骨坏死因果关系的新的方法。MR使用遗传变异作为工具变量，以估计暴露与疾病结局之间的因果关系。考虑到遗传变异与后代无关且随机分配，因此遗传变异和结局不受混杂因素的影响，因果序列是合理的。MR已被广泛应用于探索肠道微生物群与先兆子痫、肠易激综合征、代谢疾病、自身免疫性疾病和类风湿性关节炎等疾病之间的因果关系[21-25]。
为此，文章选择肠道菌群和药物相关性骨坏死为研究对象，进行两样本双向MR分析，以评估两者之间的因果关系，为进一步研究药物相关性骨坏死机制提供新的生物诊断标志物、治疗策略和理论基础。中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

材料方法

1.1 设计文章设计采用两样本双向MR分析来评估肠道菌群和药物相关性骨坏死之间的因果关系。获得了肠道菌群和药物相关性骨坏死的全基因组关联分析(genome-wide association study，GWAS)的整体水平数据。为了获得可靠的结果，需要满足MR的3个关键假设如下：①最终纳入的工具变量单核苷酸多态性(single-nucleotide polymorphisms，SNPs)与暴露(肠道菌群或药物相关性骨坏死)密切相关；②SNPs独立于已知的混杂因素(影响肠道菌群和药物相关性骨坏死)；③SNPs仅通过暴露(肠道菌群或药物相关性骨坏死)影响结局(药物相关性骨坏死或肠道菌群)，见图1。

1.2 时间及地点该研究于2023年7-10月在山东中医药大学和山东省中医药研究院完成。
1.3 资料 GWAS对肠道菌群的汇总统计数据来自MiBioGen联盟(https://mibiogen.gcc.rug.nl/)，是迄今为止对肠道菌群进行的最大的、多种族的、全基因组的荟萃分析。文章排除了15个没有特定种名的细菌类群(3个未知科与12个未知属)，最终共纳入196种类群(119属，32科，20目，16纲和9个门)进行分析。芬兰数据库(https://www.finngen.fi/en)研究为药物相关性骨坏死提供了GWAS汇总数据，其中包括264例药物相关性骨坏死病例和377 013例对照组对象，数据均来自欧洲人群欧洲血统。文章中使用的汇总数据均来源于公共数据，可免费下载。文章中涉及的每个GWAS都得到了各自机构的伦理批准。
1.4 实验方法
1.4.1 工具变量选择首先，为了获得更全面的结果，选择与特定细菌类群(P < 1.0×10-5)密切相关的SNPs作为工具变量(instrumental variables，IVs)；基于欧洲基因组样本数据进行连锁不平衡分析(linkage disequilibrium，LD)，运行参数设置为r2 < 0.001，kb=10 000；通过计算F统计值评估工具变量的强度，F > 10表示不存在弱工具变量偏差，剔除F < 10的工具变量。
F值计算公式如下：F=[(n-k-1)/k]×r2/(1-r2)。r2为SNP解释的暴露方差，n为暴露数据中样本数量，k为SNP的个数。r2的计算公式如下：r2=2×β2×EAF×(1-EAF)/2×β2×EAF×(1-EAF)+se2×2×N×EAF(1-EAF)。
公式中EAF为效应等位基因频率(effect allele frequency，EAF)，β为等位基因效应值，SE为标准差(standard Error，SE)；最后通过回文序列检测删除回文SNP，防止等位基因对结果产生影响。
1.4.2 敏感性分析为了评估肠道微生物群对药物相关性骨坏死的因果效应的稳健性，进行一系列的敏感性分析，使用Cochran’ Q分析来计算工具变量间的差异，当P < 0.05时表示存在异质性。根据是否存在异质性选择是否进行随机效应模型或固定效应模型检验。通过MR-Egger回归、MR-PRESSO分析进行水平多效性检验。MR-PRESSO是检验水平多效性的主要方法，但其应用条件较为苛刻，要至少50%的工具变量为有效工具变量，MR-Egger回归是检测水平多效性的另一种方法，当其数值为0时证明不存在水平多效性。留一法分析用来检验数据的稳定性，即通过移除单个SNP以确定是否存在可能具有强影响的SNPs。
研究采用逆方差加权法作为主要的MR分析方法，MR-Egger和加权中位数等方法作为补充方法进行因果推断。当水平多效性不存在时，IVW的结果不存在偏倚，因而其分析结果相较于其他方法更具有可靠性。此外，文章还进行了反向MR分析，以推断在正向MR分析中已识别的细菌与药物相关性骨坏死之间是否存在反向因果关系。
所有统计分析均在R软件(版本4.1.3)中进行，使用两样本MR和MR-PRESSO软件包分析。文章统计学方法已经通过山东中医药大学第一临床医学院生物统计学专家审核。
1.5 主要观察指标 ①肠道菌群对药物相关性骨坏死的因果效应；②药物相关性骨坏死对肠道菌群的因果效应；③敏感性分析验证MR结果的可靠性。

讨论

药物相关性骨坏死是由药物引起的血供受损，进而导致骨细胞死亡，造成软骨下骨塌陷及骨头形状及功能的改变[26-28]。接受长期糖皮质激素治疗的患者中，9%-40%会诱发骨坏死[29-30]；双膦酸盐、哺乳动物雷帕霉素靶剂抑制剂、重组人源化免疫球蛋白g单克隆抗体贝伐单抗、地诺单抗以及抗血管生成药物等用于治疗癌症和骨质疏松症的某些药物可诱发颌骨骨坏死及外耳道骨坏死[31-35]。2003年，MARX[36]首次报道了由双膦酸盐类药物引起的双膦酸盐相关性颌骨坏死。据统计，接受骨质疏松药物治疗中发生药物相关性颌骨坏死的概率在0.01%-0.001%[37]。越来越多的研究表明，肠道菌群可以通过肠-骨轴参与骨代谢，维持骨稳态[38]。
探究肠道菌群与药物相关性骨坏死之间的因果关系对于疾病预治策略的制定至关重要。随着全基因组关联研究的广度和深度不断拓展，遗传变异的测量精度不断提高、数量逐渐增加，也显著降低了研究过程中由于测量误差可能带来的偏倚，为肠道菌群与药物相关性骨坏死的发展奠定了基础[39]。遗传变异是遗传编码的一部分，在个体间存在差异，由于每个个体的遗传密码在出生前就已确定，因此成人中任何可测量的变量不可能会先于遗传变异出现，也不受周围环境的影响，使得因果关联论证强度比观察性研究可靠，相当于一项自然随机对照试验[40]。因而，此次研究借助方法，能更可靠地评估肠道菌群与药物相关性骨坏死之间的因果关系。
该研究使用来自MiBioGen联盟进行的最大的肠道菌群GWAS荟萃分析的汇总统计数据和来自芬兰联盟R9发布的药物相关性骨坏死的GWAS汇总统计数据进行两样本双向MR分析，以评估肠道菌群和药物相关性骨坏死之间的因果关系。结果发现，肠道菌群作为暴露，药物相关性骨坏死作为结局，黏胶球形菌门、黏胶球形菌纲、黑色素杆菌(纲)、嗜胃杆菌目、红螺菌目、食物谷菌目和双歧杆菌属与药物相关性骨坏死呈现正向因果关联；甲烷杆菌纲、芽孢杆菌目、甲烷杆菌目、毛螺菌科、甲烷杆菌科、霍尔德曼氏菌属、毛螺菌属(UCG010)、厌氧杆菌和泰泽氏菌属与药物相关性骨坏死呈现负向因果关联。药物相关性骨坏死作为暴露，肠道菌群作为结局，反向MR结果显示，药物相关性骨坏死与梭菌科、消化链球菌科、链球菌科、梭状芽胞杆属和链球菌属呈负向因果关联，与艾森伯格菌属呈正向因果关联。
肠道菌群及其代谢产物可能通过多种机制对药物相关性骨坏死产生影响，此次研究进一步解释了肠道菌对药物相关性骨坏死的影响可能通过多种生物学机制实现。药物相关性骨坏死的发生发展与骨形成和骨吸收密切相关，一旦各种原因引起骨形成与骨吸收失衡，导致局部或整体骨代谢异常而引发药物性骨坏死。肠道菌群结构发生变化可通过改变肠道局部环境的pH值，进而影响人体对营养物质的吸收来调控骨代谢。ZHANG等[41]研究表明，乳酸杆菌和双歧杆菌浓度增加可促进钙、镁和磷等矿物质的吸收，进而增加骨矿物质的密度。黄俊俊等[42]研究发现，补充益生菌可以提高卵巢切除骨折模型小鼠血钙和骨钙素水平，增加骨小梁数量和骨密度，促进小鼠骨折愈合。SJÖGREN等[43]发现，肠道致病菌的代谢物可以通过受损的肠道黏膜屏障，触发CD4+T细胞介导的免疫反应，生成促破骨细胞因子，激活破骨细胞，从而调节小鼠骨量。ZHANG等[44]采用粪便微生物群移植干预卵巢切除术诱导的小鼠模型，揭示了粪便微生物群移植在卵巢切除术诱导的骨质疏松小鼠中重塑肠道菌群状态，抑制破骨细胞生成，改善骨丢失。COLLINS等[45]研究表明，大鼠中甲烷杆菌科的存在与血清和滑膜液中的促炎因子呈正相关。TEJESVI等[46]研究表明，黏胶球形菌只存在于健康人群粪便中，而在特发性关节炎患者中显示不存在，均提示骨代谢与肠道菌群具有因果关系。
目前尚未有关于肠道菌群与药物相关性骨坏死的研究报道。文章首次利用MR分析两者的因果关系，相比于来自实验研究和小型研究的个体级数据分析，其优势在于：①人们对肠道菌群与骨科疾病之间关系的研究多数来源于实验室动物，多数停留在16S rRNA 菌群种属多样性差异分析以及表型的检测，而实验动物所处的环境设施不同可能会导致相互矛盾的结果；②传统实验室动物与自然环境条件之间的差异，也无法真实地反映人类自由的生活状态，很难从临床横断面研究肠道菌群与药物相关性骨坏死之间的关系；③利用大规模MiBioGen联盟和芬兰数据库的GWAS数据研究中有关肠道菌群及药物相关性骨坏死的遗传数据，以提高因果关联的统计功效；④研究自身可以克服潜在混杂和反向因果关系的影响、避免人力物力财力浪费等，从宿主遗传的角度评估了肠道菌群与药物相关性骨坏死之间的潜在因果关系，证实了肠道菌群对药物相关性骨坏死的易感性影响。但该研究也存在一定的局限性：①研究使用GWAS 数据，无法探索因药物类型、年龄、性别、体质量及健康状况等差异导致的任何潜在非线性关系或分层效应，有可能引起异质性，例如，对药物相关性骨坏死风险增加的关联为进行分层，而药物类型(糖皮质激素和双膦酸盐等)也是疾病发生发展和肠道菌群改变的独立危险因素之一；②虽然已经尽可能寻找具有强相关性和生物学明确的工具变量，但由于肠道菌群和药物相关性骨坏死的GWAS数据问题，阈值设置为P < 1×10−5，可能存在一些不可避免的混杂因素；③由于GWAS 数据仅包括欧洲血统的人群，考虑到人口分层的问题，这一结论可能不适用于非欧洲人群，尚需要未来将开展更多关于肠道菌群和药物相关性骨坏死的研究来进一步验证。
综上所述，文章首次全面评估了肠道菌群与药物相关性骨坏死之间的潜在因果关系。肠道菌群作为暴露，药物相关性骨坏死作为结局，MR分析发现7种细菌性状对药物相关性骨坏死呈正向因果关联，9种细菌性状对药物相关性骨坏死呈负向因果关联；药物相关性骨坏死作为暴露，肠道菌群作为结局，反向MR分析发现，药物相关性骨坏死与5种细菌性状有负向因果关联，与1种细菌性状有正向因果关联。了解肠道菌群药物相关性骨坏死之间的关系，提示未来在临床诊断和防治药物相关性骨坏死时，可以考虑改变肠道菌群的多样性和组成，为骨科疾病的研究提供了思路。中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

肠道菌群与药物相关性骨坏死：两样本双向孟德尔随机化分析

Gut microbiota and drug-associated osteonecrosis: a two‑sample Mendelian randomization study

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