东亚人群血浆铅水平与乳腺癌风险的因果关联：孟德尔随机化研究揭示环境重金属暴露新风险

《Hormones & Cancer》：Causal relationship between blood metal levels and breast cancer risk: a Mendelian randomization study in East Asian populations

　　本研究针对东亚人群乳腺癌（BC）独特流行病学模式与环境暴露关联不明的现状，利用孟德尔随机化（MR）方法，首次基于东亚人群基因组数据（Biobank Japan，n=95,283）系统评估21种血液金属水平与BC风险的因果关联。结果发现血浆铅（Pb）水平升高显著增加BC风险（IVW模型OR=1.154，PFDR=0.030），且通过多重敏感性验证（无异质性、无水平多效性）。该研究为东亚人群BC的环境重金属预防策略提供了遗传学证据。

　　

乳腺癌（Breast Cancer, BC）是全球女性癌症相关发病率和死亡率的主要原因，但在东亚人群中呈现出独特的流行病学模式。尽管东亚地区仅占全球人口的23%，却占据了新诊断BC病例的43%。尤其值得注意的是，与西方国家相比，该地区绝经前BC病例比例异常偏高，近三分之一患者的诊断年龄集中在40至49岁——比欧洲中位诊断年龄提前了近十年。这种显著的差异凸显了阐明区域特异性风险因素的紧迫性。

现有研究已发现重金属暴露（如铅、镉、砷）与BC存在关联，但这些证据主要来源于对西方人群的观察性研究。由于观察性研究难以避免混杂因素和反向因果关系的干扰，加之东亚人群在BC分子亚型（如Luminal B型比例更高、TP53突变更常见）和肿瘤微环境免疫活性等方面存在特殊性，直接将西方人群的研究结论外推至东亚人群存在不确定性。因此，迫切需要采用更严谨的方法，在东亚人群中探究遗传易感性与环境暴露（如重金属）之间的交互作用，从而揭示其独特的BC风险因素。

为了回答“血液金属水平是否与东亚人群的乳腺癌风险存在因果关联”这一科学问题，研究人员开展了一项针对东亚人群的两样本孟德尔随机化（Mendelian Randomization, MR）研究。这项研究的最新成果发表在《Discover Oncology》上。

孟德尔随机化是一种利用基因变异作为工具变量来推断暴露因素与结局之间因果关系的流行病学方法。其核心优势在于，基因型在配子形成时随机分配，类似于随机对照试验的随机分组，从而能有效规避传统观察性研究中的混杂偏倚和反向因果问题。

为了开展这项研究，研究人员整合了来自不同大型数据库的基因组数据。暴露数据——即21种血清和血浆金属元素的水平——源自一项2022年发表的对中国人群进行的全基因组关联研究（Genome-Wide Association Study, GWAS），该研究使用电感耦合等离子体质谱法（Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry, ICP-MS）对金属浓度进行了精确测量。结局数据——乳腺癌的GWAS汇总统计数据——则来自日本生物银行（Biobank Japan）2020年发布的数据集，该数据集包含了95,283名东亚女性（其中5,552例BC患者和89,731例对照）的信息，BC病例依据国际疾病分类ICD-10代码C509（未特指的乳腺恶性肿瘤）确定。

在数据分析过程中，研究者设定了严格的工具变量（Instrumental Variables, IVs）筛选标准。由于与每种金属水平显著相关的单核苷酸多态性（Single Nucleotide Polymorphisms, SNPs）数量有限，他们采用了较为宽松的显著性阈值（p < 1 × 10^-5）来选取SNPs。随后，通过连锁不平衡（Linkage Disequilibrium, LD）聚类（r² < 0.001，窗口大小10,000 kb）去除高LD的SNPs，并排除了与已知混杂因素相关的SNPs以及可能与结局存在直接关联的SNPs。最后，计算每个SNP的F统计量以评估其强度，仅保留F > 10的强工具变量进行后续分析，最终共有261个SNPs被纳入分析。

在因果估计方面，研究主要采用逆方差加权（Inverse Variance Weighted, IVW）法作为主要分析方法。同时，为了确保结果的稳健性，还辅以了污染混合物（Contamination Mixture, CM）、孟德尔随机化-稳健调整轮廓评分（MR-Robust Adjusted Profile Score, MR-RAPS）、去偏的逆方差加权（Debiased IVW, dIVW）以及约束最大似然和模型平均（Constrained Maximum Likelihood and Model Average, cML-MA）四种方法。此外，研究还进行了Steiger方向性检验以排除反向因果的可能性，并应用错误发现率（False Discovery Rate, FDR）校正来控制多重检验带来的假阳性结果。

在敏感性分析方面，研究者通过Cochran‘s Q检验评估异质性，通过MR-Egger回归的截距项检验水平多效性，并通过留一法（Leave-one-out）分析来考察每个SNP对整体结果的影响。

主要研究结果

1. 血浆铅水平与乳腺癌风险呈显著正相关

在所有分析的21种血液金属中，唯有血浆铅水平显示出与东亚人群BC风险存在显著的因果关联。逆方差加权（IVW）模型的结果显示，血浆铅水平每增加一个单位，BC的风险增加15.4%（OR = 1.154, 95% CI: 1.062-1.255, P = 0.001）。经过FDR校正后，该关联依然显著（P_FDR = 0.030）。其他四种MR分析方法（dIVW, CM, cML-MA, MR-RAPS）也得出了一致的方向和显著的统计结果，OR值在1.147至1.162之间，进一步支持了血浆铅是BC风险因素的结论。该项分析统计效能高达89.4%，表明结果可靠。与之形成对比的是，其他20种金属元素（包括血清铅）均未发现与BC存在显著因果关联（P > 0.05）。

2. 敏感性分析支持结果的稳健性

针对血浆铅与BC关联的敏感性分析结果表明，该因果估计是稳健可靠的。Cochran’s Q检验的P值为0.832（> 0.05），表明SNPs间不存在显著的异质性。MR-Egger回归的截距为-0.016，P值为0.799（> 0.05），提示不存在明显的水平多效性，即所选的SNPs很可能是通过影响血浆铅水平这一途径来影响BC风险，而非通过其他直接或间接路径。留一法分析显示，依次剔除任何一个SNP后，剩余SNPs得出的合并效应估计值与总效应估计值方向一致且置信区间重叠，说明整体结果不受单个SNP的过度驱动，结论稳健。

3. 可视化分析直观展示因果效应

研究人员通过森林图、散点图和留一法敏感性分析图对结果进行了可视化呈现。森林图中，每个代表单个SNP效应的水平线均位于无效线（OR=1）的右侧。散点图中，不同MR方法得出的斜率均大于零，直观地表明SNP对暴露（血浆铅）的效应值与SNP对结局（BC）的效应值之间存在正相关关系。留一法分析图显示，所有SNP的效应值估计均位于零的同一侧，且置信区间相互重叠，再次证实了结果的稳定性。

讨论与结论

本研究首次在东亚人群中应用孟德尔随机化方法，揭示了血液金属水平与乳腺癌风险之间的因果关联，并特别确认了血浆铅水平是东亚女性BC的一个显著风险因素。这一发现具有重要的科学意义和公共卫生价值。

首先，该研究结果与部分观察性研究的发现相呼应，但通过MR方法提供了更强的因果证据。例如，一些研究曾报告美国、法国等地女性中血铅水平与BC风险存在正相关。然而，也有部分观察性研究未发现此种关联，甚至得出相反结论。这些不一致可能源于观察性研究固有的局限性，如残留混杂、样本差异等。本研究从遗传学角度切入，有效地规避了这些偏倚，为“铅暴露增加BC风险”的假说提供了来自东亚人群的、更可靠的因果证据。

其次，研究特别强调了血浆铅而非血清铅的显著性，这具有重要的生物学意义。现有证据表明，血浆铅比血清铅更能反映循环中具有生物活性的、不稳定的铅组分，其与靶组织（如脑、肾、骨）的交换更为频繁，因此可能是评估铅毒性及其生物活性的更优指标。这提示在未来关于铅毒性机制和生物监测的研究中，应优先考虑血浆铅水平。

在机制探讨方面，研究者提出了铅离子可能通过两种主要途径促进BC发生发展的假说。一是加剧氧化应激。铅离子可能通过抑制对氧磷酶1（Paraoxonase 1, PON1）的水解活性和抗氧化能力，诱导细胞内氧化应激反应增强，进而导致DNA损伤和细胞代谢紊乱，增加癌变风险。尤其对于携带PON1不利基因型（如L55M rs854560和Q192R rs662）的个体，其PON1解毒活性本已较低，铅暴露可能会进一步放大其遗传易感性。二是模拟雌激素效应。铅等重金属已被证实具有内分泌干扰物特性，能够激活雌激素受体，从而刺激雌激素依赖性乳腺癌细胞的增殖。即使在较低浓度下，铅也可能通过这种“拟雌激素”作用对激素敏感性组织产生影响，增加BC风险。

本研究的优势在于其创新性和方法的严谨性。它聚焦于既往研究较少的东亚人群，利用MR这一强大的因果推断工具，减少了混杂和反向因果的干扰，为理解该人群BC的环境风险因素提供了新的遗传学视角。然而，研究也存在一些局限性。例如，仅有血浆铅水平通过了FDR校正，这可能与样本量或其他金属的遗传力较低有关；研究未对BC患者的国家、年龄、分子分型等进行亚组分析，无法探讨潜在的效应修饰；缺乏动物实验或细胞实验对推测的机制进行直接验证。

综上所述，这项发表在《Discover Oncology》上的孟德尔随机化研究证实，在东亚人群中，较高的血浆铅水平是乳腺癌的一个独立的因果风险因素。该发现不仅将东亚人群BC的风险因素拓展至环境重金属暴露领域，强调了铅暴露作为一项可干预因素在BC预防中的潜在重要性，也为未来开展针对铅 detoxification 通路（如PON1激活剂）的干预性研究，以及整合多组学数据深入探索铅在激素敏感组织中致癌的分子机制指明了方向。对于公共卫生实践而言，加强对环境中铅污染的管控，以及对高风险女性进行血铅水平监测，可能成为东亚地区乳腺癌预防策略的新组成部分。