基因预测的脂蛋白(a)水平与脑血管疾病风险 - 心脑血管

摘要

背景

脂蛋白(a)[Lp(a)]是一种高度致动脉粥样硬化的脂蛋白，也是新型治疗方法的靶点。本研究采用孟德尔随机化研究设计，旨在阐明基因预测的Lp(a)水平与脑血管疾病结局及相关表型之间的关联。

方法

我们获取了与Lp(a)水平（n=343,681）、缺血性卒中亚型（≤62,100例）、颅内出血亚型（≤15,400例）以及12种相关脑血管表型的基因关联数据。Lp(a)通过2个LPA基因变异体（rs10455872和rs3798220）来近似表示，这两个变异体解释了Lp(a)水平36%的变异。我们进行了孟德尔随机化分析，以评估基因预测的Lp(a)水平每增加100 nmol/L对各结局的影响。

结果

基因预测的Lp(a)水平与全因缺血性卒中风险显著增加相关（比值比[OR]，1.04[95% CI，1.02-1.07]，P=2.05×10^-4）和大动脉粥样硬化性卒中（OR，1.23[95% CI，1.14-1.33]，P=3.54×10^-7）。与心源性栓塞性卒中存在名义上的关联（OR，1.07[95% CI，1.01-1.13]，P=0.02），而与小血管卒中无关联证据（OR，0.98[95% CI，0.91-1.06]，P=0.60）。与早发性卒中的关联类似，但对大动脉粥样硬化性卒中的关联程度更大（OR，1.37[95% CI，1.15-1.64]，P=5.58×10^-4）。对次要结局的分析与这些发现一致，包括基因预测的Lp(a)与颈动脉斑块和心房颤动的显著关联、与脑叶出血和尸检证实的微梗死的名义关联，以及与脑小血管疾病表型无关联。

结论

升高的Lp(a)主要与大动脉粥样硬化性缺血性卒中相关，而与脑小血管疾病无关联。这些发现支持在Lp(a)降低卒中预防试验中优先考虑动脉粥样硬化性脑血管疾病患者。

非标准缩写和专有名词

CES 心源性栓塞性卒中

ICH 颅内出血

MR 孟德尔随机化

研究视角

新发现

• 通过孟德尔随机化，我们发现升高的脂蛋白(a)主要与大动脉粥样硬化性缺血性卒中相关，在早发病例中效应更强。

• 此外，我们发现升高的脂蛋白(a)对心源性栓塞性卒中有轻微影响，对脑叶脑内出血有名义上的影响，而对脑小血管疾病无影响证据。

下一阶段应解决的问题

• 有必要开展专门针对脂蛋白(a)降低疗法预防动脉粥样硬化性缺血性卒中的随机对照试验。

脂蛋白(a)[Lp(a)]由一种低密度脂蛋白样颗粒组成，该颗粒与载脂蛋白(a)共价结合，这种结构赋予其显著的致动脉粥样硬化性。载脂蛋白(a)由LPA编码，该基因座的遗传变异解释了循环Lp(a)水平的大部分变异。这种显著的遗传性使得孟德尔随机化（MR）能够用于评估Lp(a)水平与心血管疾病风险之间的因果关系。这些研究一致表明，升高的Lp(a)是多种心血管疾病结局的因果风险因素，这一结论现已得到心脏病学学会共识声明的支持。因此，目前正在开展III期随机对照试验，以确定Lp(a)降低疗法是否能降低心血管疾病风险。

尽管Lp(a)作为缺血性卒中治疗靶点的兴趣日益增长，但尚未启动以缺血性卒中为主要结局的Lp(a)降低试验。虽然缺血性卒中包含在两项正在进行的Lp(a)降低试验的复合心血管终点中，但这两项研究均未对卒中作为独立终点进行充分检验。在缺乏试验证据的情况下，人类遗传学研究仍然是评估Lp(a)与卒中关系的重要证据来源。先前的MR分析已将升高的Lp(a)与全因缺血性卒中风险增加相关联，特别是大动脉粥样硬化性卒中（LAAS），同时表明较高的Lp(a)水平可能对小血管卒中（SVS）风险具有保护作用。后者引发了对Lp(a)降低疗法可能对脑小血管疾病患者造成伤害的担忧，可能需要将其排除在Lp(a)降低试验之外。然而，这些早期MR分析受到卒中事件数量少、排除颅内出血结局的限制，并且在大型脑血管疾病影像学和神经病理学标记的全基因组关联研究（GWAS）发表之前进行。因此，有必要更新和扩展遗传证据，以指导未来Lp(a)降低卒中预防试验的设计。

在本MR研究中，我们对Lp(a)对全谱脑血管结局的影响进行了全面调查。这些发现有助于阐明Lp(a)在卒中病理生理学中的作用，并产生可操作的遗传证据，以指导针对Lp(a)的卒中预防临床试验设计。

方法

数据可用性

支持这些发现的所有数据均包含在本文中或可从引用的公共数据集中获取。

研究概述

我们使用汇总水平的基因关联数据进行了双样本MR分析，以研究基因预测的Lp(a)水平与广泛的脑血管疾病结局及相关特征之间的关联。作为工具变量，我们使用了LPA基因中的2个变异体，它们共同解释了循环Lp(a)水平36%的变异，并且在本研究使用的结局GWAS中广泛进行了基因分型。在MR框架中，工具变量是指与所研究特征无混杂关联且仅通过其对暴露的影响来影响结局的基因变异体。使用这一LPA工具，我们评估了基因预测的Lp(a)水平与缺血性和出血性卒中亚型主要结局以及脑血管风险因素、影像学标记和神经病理学测量等次要结局之间的关联。所有贡献GWAS均获得了知情同意和机构伦理批准。

Lp(a)水平的基因关联

我们获取了来自UK Biobank（UKB）队列中测量的Lp(a)水平的基因关联数据。研究参与者平均年龄为57岁，54%为女性。UKB中的Lp(a)水平以nmol/L为单位测量。UKB中Lp(a)水平的中位数为18.7 nmol/L（四分位距，16.3-160），平均值为55.2 nmol/L（标准差75.9）。

脑血管疾病结局的基因关联

缺血性卒中结局的基因关联数据，包括全因缺血性卒中、LAAS、SVS和心源性栓塞性卒中（CES），来自GIGASTROKE联盟。这些参与者中的一部分被纳入早期卒中联盟（EOSC），该联盟对18至59岁个体中的缺血性卒中亚型进行了GWAS。EOSC中首次卒中的平均年龄为43.5岁（34%为女性），GIGASTROKE中首次卒中的平均年龄为71.3岁（50%为女性）。在两个联盟中，缺血性卒中亚型分类均遵循TOAST（急性卒中治疗ORG 10172试验）标准。

脑血管风险因素、影像学标记和神经病理学相关性的基因关联

作为次要结局，我们研究了与缺血性和出血性卒中亚型相关的关键风险因素、影像学测量和神经病理学相关性。对于LAAS，我们评估了在UKB和CHARGE（基因组流行病学心脏和衰老研究联盟）以及SCAPIS（瑞典心血管肺生物影像研究）中确定的颈动脉斑块。我们还评估了UKB中的颈动脉内膜-中膜厚度。我们研究了心房颤动（AF）这一结局，它是CES的已确立的因果风险因素。对于SVS，我们评估了3种脑小血管疾病的影像学特征：深部脑微出血、白质高信号负担和扩张的血管周围间隙负担。

Lp(a)水平的基因替代物

脑血管GWAS数据集中的LPA变异体数量差异很大。因此，在我们的主要分析中，我们使用2个强相关变异体（rs10455872和rs3798220）来替代Lp(a)水平，这些变异体在所有结局数据集中都单独或共同可用，从而实现可比较的MR分析。这两个变异体共同解释了Lp(a)水平36%的变异，并产生与使用额外中度相关变异体的LPA工具相当的MR估计精度。

统计分析

我们通过匹配效应等位基因来协调Lp(a)和每种特征的基因关联。对于仅有一个可用基因工具的分析，我们使用Wald比值来估计基因预测的Lp(a)水平与每种结局的关联；对于使用多个变异体的分析，我们使用随机效应逆方差加权方法。估计值按Lp(a)水平每增加100 nmol/L进行缩放（相当于约45.5 mg/dL的增加）。我们使用Bonferroni校正的统计显著性阈值（P<0.05/19=0.0026），不重复计算早发缺血性卒中亚型或两个颈动脉斑块结局。我们将P值介于0.05和0.0026之间的结果称为名义上显著。

结果

基因预测的Lp(a)水平与主要脑血管疾病结局风险

rs10455872的F统计量为108,881，rs3798220为43,726，表明是强基因工具。基因预测的Lp(a)水平每增加100 nmol/L，与所有成年人缺血性卒中风险显著增加相关（比值比[OR]，1.04[95% CI，1.02-1.07]，P=2.05×10^-4），与早发缺血性卒中风险存在名义上的关联（OR，1.07[95% CI，1.01-1.13]，P=0.035）。基因预测的Lp(a)水平与LAAS风险强相关，在所有成年人中OR为1.23（95% CI，1.14-1.33，P=3.54×10^-7），在早发卒中成年人中为1.37（95% CI，1.15-1.64，P=5.58×10^-4）。这些关联的强度与基因预测的Lp(a)水平与冠状动脉疾病的关联相当（OR，1.31[95% CI，1.29-1.33]，P=4.67×10^-264）。

我们发现基因预测的Lp(a)水平与所有成年人CES风险存在名义上的关联（OR，1.07[95% CI，1.01-1.13]，P=0.02），但在早发CES患者中的估计不精确（OR，1.05[95% CI，0.85-1.31]，P=0.63）。对于SVS风险，基因预测的Lp(a)水平与所有成年人（OR，0.98[95% CI，0.91-1.06]，P=0.60）或早发卒中成年人（OR，0.94[95% CI，0.75-1.17]，P=0.58）均无显著关联证据。同样，基因预测的Lp(a)水平与ICH风险（OR，0.94[95% CI，0.83-1.07]，P=0.37）或蛛网膜下腔出血（OR，1.01[95% CI，0.94-1.09]，P=0.72）无关联。

基因预测的Lp(a)水平与脑血管风险因素、影像学标记和神经病理学相关性的风险

与基因预测的Lp(a)水平与临床定义的缺血性卒中风险关联一致，基因预测的Lp(a)水平与尸检中微梗死的存在存在名义上的关联（OR，1.15[95% CI，1.03-1.30]，P=0.016），并与尸检中大梗死存在方向一致但无显著性的关联（OR，1.10[95% CI，0.95-1.27]，P=0.20）。我们进一步研究了LAAS、CES和SVS的风险因素及相应的影像学和神经病理表型。基因预测的Lp(a)水平与UKB-CHARGE研究中的颈动脉斑块存在关联（OR，1.15[95% CI，1.11-1.22]，P=5.47×10^-10），并与SCAPIS中受影响颈动脉数量相关（序数OR，1.17[95% CI，1.12-1.23]，P=4.67×10^-10）。相比之下，我们未发现基因预测的Lp(a)与颈动脉内膜-中膜厚度（颈动脉内膜-中膜厚度的标准差变化，0.00[95% CI，-0.03-0.02]，P=0.76）或尸检中颅内动脉粥样硬化（OR，1.08[95% CI，0.98-1.19]，P=0.12）有关联的证据。基因预测的Lp(a)水平与CES的名义关联与AF风险的显著关联相一致（OR，1.03[95% CI，1.01-1.04]，P=1.92×10^-5）。基因预测的Lp(a)水平与任何脑小血管疾病的磁共振成像特征或尸检中细动脉硬化严重程度均无显著关联。

与全因ICH和深部ICH总体无关联相比，我们发现基因预测的Lp(a)与脑叶ICH风险存在名义上的关联（OR，1.80[95% CI，1.00-3.21]，P=0.049）。这与尸检中脑淀粉样血管病病理严重程度和脑叶微出血风险的方向一致但无显著性关联相平行。

讨论

在这项大规模MR分析中，我们描述了基因预测的Lp(a)对广泛脑血管疾病的影响。我们发现证据表明，Lp(a)主要与大动脉粥样硬化性缺血性卒中相关，支持Lp(a)降低作为预防颈动脉斑块形成和随后卒中的策略的合理性。我们还观察到基因预测的Lp(a)与年轻成人中LAAS的关联，其点估计值大于总体人群。这与BIOSIGNAL（卒中病因生物标志物研究）研究的流行病学发现一致，该研究报道Lp(a)与早发LAAS的关联比晚发疾病更强。这些发现共同支持升高的Lp(a)是早发脑血管疾病的危险因素，突显了在Lp(a)水平升高的个体中早期识别和干预的潜在价值。

我们的结果还支持Lp(a)在脑血管疾病中的更广泛作用，超出LAAS范围。我们发现Lp(a)与CES和AF风险轻度增加存在名义上的关联证据。这与先前支持Lp(a)与AF风险关联的流行病学和遗传证据一致。在先前的研究中，中介分析表明冠状动脉疾病仅占Lp(a)对AF风险影响的40%，表明其他非动脉粥样硬化通路可能对Lp(a)的致心律失常效应有贡献。我们还发现基因预测的Lp(a)与尸检中微梗死存在的关联证据，这些微梗死在标准神经影像学上无法检测到。这表明基于影像学的研究可能低估了Lp(a)相关的血管性脑损伤。最后，我们发现基因预测的Lp(a)水平与脑叶ICH风险存在名义上的关联，与磁共振成像上的脑叶微出血和尸检中的脑淀粉样血管病神经病理学存在方向一致但无显著性关联。鉴于这种弱统计证据，需要在更大样本中进行独立验证，并与传统流行病学方法进行三角验证。

我们未发现支持基因预测的Lp(a)水平与脑小血管疾病临床结局或相关表型之间存在关联的显著证据。这与早期MR分析形成对比，后者报告了Lp(a)与SVS的保护性关联，并暗示Lp(a)降低可能增加SVS风险。尽管我们发现的差异可能归因于样本量，但我们注意到该先前研究中使用的几个LPA变异体中度相关，可能导致共线性和过于精确的关联估计。

这些发现为Lp(a)降低试验的设计提供了相关考虑。首先，Lp(a)与LAAS和冠状动脉疾病的关联幅度相当，表明心血管结局试验中观察到的效应大小可能为缺血性卒中预防试验提供参考。其次，心血管结局试验可以通过区分缺血性和出血性卒中进行终点裁决，并纳入缺血性卒中亚型分类来增强统计能力。第三，我们的发现表明，在未来的卒中试验中，将SVS纳入复合结局可能会降低统计能力。第四，基因预测的Lp(a)与颈动脉内膜-中膜厚度无关联表明，该生物标志物作为Lp(a)降低试验的替代终点的效用有限。最后，我们的发现突显了在LAAS患者中更广泛测量Lp(a)的潜在价值，因为目前缺血性卒中患者的测试率仍然很低，仅为1%至2%。扩大测试可能改善卒中风险分层，识别可从更强化的可改变风险因素干预中受益的患者，并促进Lp(a)降低临床试验的招募。