孟德尔随机化揭示血清循环microRNAs与甲状腺癌的因果关联：新型生物标志物的发现与机制探索

《Hormones & Cancer》：Identifying putative causal links between serum circulating microRNAs and thyroid cancer using Mendelian randomization

本研究为探讨血清循环microRNAs(miRNAs)与甲状腺癌的因果关联，采用两样本孟德尔随机化(MR)方法，利用miRNA表达数量性状位点(eQTL)和全基因组关联研究(GWAS)数据进行分析。研究发现miR-hsa-125b-5p和miR-hsa-30a-3p具有致病效应，而miR-hsa-130a-3p呈现保护效应，这些miRNAs通过调控FoxO、p53等信号通路影响甲状腺癌发生，为甲状腺癌的早期诊断和靶向治疗提供了新的生物标志物。

　　

在全球范围内，甲状腺癌作为内分泌系统最常见的恶性肿瘤，其发病率正以每年约3%的速度持续增长，部分高收入国家的增长率甚至高达5%。虽然甲状腺癌中占比70%-80%的乳头状癌预后相对较好，但具有高度侵袭性的未分化癌患者仍面临较高的复发风险和较差的生存率。目前，寻找能够用于风险预测、早期诊断和治疗策略开发的新型生物标志物，已成为甲状腺癌研究领域的重要课题。

微RNA(microRNAs, miRNAs)是一类长约22个核苷酸的非编码RNA分子，在细胞分化、增殖和凋亡等生理过程中发挥着不可或缺的调控作用。近年来，大量研究聚焦于血清循环miRNAs与甲状腺癌的关系，发现这些miRNAs不仅参与甲状腺癌的发生发展，还具有作为疾病诊断和预后评估生物标志物的潜力。然而，由于环境因素和生活方式等混杂因素的影响，直接关联miRNAs与甲状腺癌风险的研究往往存在偏倚，限制了其在临床中的应用推广。

为克服传统观察性研究中存在的混杂偏倚和反向因果关系等局限性，研究人员首次采用两样本孟德尔随机化(Mendelian Randomization, MR)方法，系统评估了血清循环miRNAs与甲状腺癌风险之间的因果关系。该研究利用大规模miRNA表达数量性状位点(expression quantitative trait loci, eQTLs)数据和国际甲状腺癌全基因组关联研究(genome-wide association study, GWAS)数据，通过多种MR方法验证研究结果，并进一步通过富集分析探讨了显著miRNAs的靶基因和潜在通路。

研究人员从两个独立研究中获取了miRNA eQTL数据。发现队列来自Huan等的研究，其中miRNA表达水平通过定量逆转录PCR(quantitative reverse transcription PCR, qRT-PCR)在全血样本中进行了量化；验证队列数据来自Nikpay等的研究，包含了710名欧洲血统无关个体的血液样本miRNA表达数据。甲状腺癌GWAS数据来自IEU OpenGWAS项目，包含1,054例病例和490,920例对照，全部为欧洲血统。

研究采用逆方差加权(inverse variance-weighted, IVW)和MR-Egger等多种MR方法评估miRNAs与甲状腺癌的遗传关联。为确保结果的可靠性，研究人员设定了严格的筛选标准：IVW检验p值<0.05且错误发现率(false discovery rate, FDR)<0.1；IVW和MR-Egger模型效应大小方向一致；MR检验中至少包含3个单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphisms, SNPs)；验证队列的IVW分析结果得到确认。

研究结果

血清循环miRNA eQTL数据特征

研究人员首先对Huan等研究的队列eQTL数据进行了预处理，从初始的9,612个SNPs中过滤掉9,517个与编码基因无直接关联的SNPs，并排除了17个无法映射到有效miRNA ID的与mir-213相关的SNPs。这一严格筛选过程最终产生了包含9,500个SNPs作为75个miRNAs的工具变量，适用于MR分析。

血清循环miRNAs对甲状腺癌的有益和有害效应

在Huan等队列中的MR分析表明，miR-hsa-125b-5p和miR-hsa-30a-3p与甲状腺癌风险增加相关，而miR-hsa-130a-3p与风险降低相关。在Nikpay等队列中的验证进一步证实了miR-hsa-125b-5p的有害效应和hsa-miR-130a-3p的有益效应，强调了这些miRNAs在影响甲状腺癌风险中的重要性。

多效性检验和敏感性分析

多效性检验结果显示，hsa-miR-125b-5p、hsa-miR-30a-3p和hsa-miR-130a-3p的Egger截距值、标准误和p值表明这些miRNAs作为工具变量的可靠性。留一法敏感性分析进一步验证了这些发现的稳定性和一致性，当逐个从分析中移除单个SNPs时，效应估计值保持稳定。

因果miRNAs相关的靶标和通路

为阐明观察到的关联背后的生物学机制，研究人员构建了因果miRNAs与其预测基因靶标之间相互作的网络图。其中，hsa-miR-125b-5p有494个靶标，hsa-miR-130a-3p有416个靶标，hsa-miR-30a-3p有212个靶标。基因本体(Gene Ontology, GO)富集分析显示，这些靶标与腺体发育、髓样细胞分化、转录和泛素化相关。京都基因与基因组百科全书(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes, KEGG)通路富集分析确定了这些miRNAs可能影响的关键通路，包括细胞衰老、FoxO信号通路、p53信号通路等，为了解循环miRNAs与甲状腺癌关联的分子机制提供了深入见解。

研究结论与意义

该研究通过两样本孟德尔随机化方法，系统评估了血清循环miRNAs与甲状腺癌风险之间的因果关系，发现了三个与甲状腺癌风险显著相关的特定miRNAs：miR-hsa-125b-5p和miR-hsa-30a-3p表现出有害效应，而miR-hsa-130a-3p显示保护效应。这些发现在两个独立队列中得到验证，并通过靶基因预测和通路分析进一步阐明了潜在的生物学机制。

研究发现具有重要的临床转化潜力。识别出的循环miRNAs可作为风险评估和早期检测的新型非侵入性生物标志物。它们在血清中的稳定性使其成为液体活检的理想候选者，有望提高甲状腺结节的诊断准确性，减少不必要的侵入性操作。此外，这些miRNAs的因果作用表明它们作为治疗靶点的潜力，例如，可以探索miR-130a-3p模拟物或致癌性miR-125b-5p/miR-30a-3p抑制剂作为RNA疗法来调节肿瘤进展。

值得注意的是，miR-hsa-125b-5p在多种癌症中均被报道可促进肿瘤生长和转移，被认为是一种潜在的癌症标志物。与之相反，miR-hsa-30a-3p在多种癌症中被报道具有肿瘤抑制作用。而miR-hsa-130a-3p在甲状腺癌中的保护效应与先前一些研究结果存在差异，表明其在甲状腺癌中的功能和机制作用需要进一步的实验确认。

通过靶基因预测和通路分析，研究发现这些miRNAs的靶基因在与癌症发生和发展密切相关的多个通路中富集，包括腺体发育、髓样细胞分化、细胞衰老、FoxO信号通路和p53信号通路。FoxO信号通路在癌症发展和进展中起着至关重要的作用，而p53信号通路是最重要的肿瘤抑制通路之一。

尽管该研究具有重要价值，但仍存在一些局限性。MR设计依赖于关键假设，虽然进行了多效性检验和敏感性分析，但水平多效性的可能性不能完全排除。工具变量的强度受miRNA eQTLs可用性的限制，弱工具变量可能影响研究结果的精确性和可靠性。研究人群主要为欧洲血统个体，限制了研究结果在其他种族人群中的普适性。此外，研究聚焦于血清中的循环miRNAs；组织特异性miRNAs的表达和调控机制可能有所不同，需要单独研究。

未来研究应侧重于：1）在独立甲状腺癌患者队列中测量这些miRNAs在血清和匹配肿瘤组织中的表达水平；2）将其表达水平与临床病理特征相关联；3）通过体外和体内模型研究它们在甲状腺癌发病机制中的功能作用。

该研究为特定血清循环miRNAs与甲状腺癌风险之间的潜在因果关系提供了遗传证据，表明miR-hsa-125b-5p、miR-hsa-30a-3p和miR-hsa-130a-3p值得作为甲状腺癌风险预测和早期诊断的潜在生物标志物进行进一步研究。未来需要在不同人群中进行研究以验证这些关联，并通过实验模型阐明潜在的生物学机制。