פרוטוקול זה נועד להשתמש בנתוני רנדומיזציה מנדלית (MR) ו-NHANES כדי לחקור קשרים בין אורח חיים, תזונה ואבנים בשתן.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר מחקר
* These authors contributed equally
פרוטוקול זה נועד להשתמש בנתוני רנדומיזציה מנדלית (MR) ו-NHANES כדי לחקור קשרים בין אורח חיים, תזונה ואבנים בשתן.
מחקר זה העריך כיצד הרגלי אורח חיים וגורמים תזונתיים משפיעים על סיכון לאבנים בדרכי השתן על ידי שילוב ניתוח אקראי מנדלי (MR) עם נתונים מסקר הבריאות והתזונה הלאומי (NHANES). משתנים אינסטרומנטליים התקבלו ממאגרי מחקר אסוציאציות גנומיים רחבי היקף, בעוד שתוצאות האבנים בשתן נאספו ממאגר הנתונים של FinnGen. הניתוח הראשוני של MR השתמש בגישה משוקללת בהשתנות הפוכה, ושיטות MR נוספות אישרו את עמידות הממצאים. נתוני NHANES העריכו עוד יותר את הקשרים בין מאפייני אורח חיים, דפוסי תזונה והופעות אבנים בכליות. ניתוח MR הראה כי הכנסה גבוהה יותר לפני מס הייתה קשורה הפוך לסיכון לאבנים בשתן. צריכה מוגברת של פירות ותה טריים, יחד עם צריכת אשלגן מוגברת וויטמין E, גם היא קשורה לסיכוי נמוך יותר להיווצרות אבנים. ניתוח NHANES זיהה חוסר שינה, הפרעות שינה, דיכאון ומדד מסת גוף גבוה כגורמי סיכון משמעותיים לנפרוליתיאזיס. בנוסף, דפוסי תזונה פרו-דלקתיים שהתאפיינו בציוני אינדקס דלקתי תזונתיים גבוהים יותר הגבירו את הסיכון לאבנים, בעוד שהקפדה על דפוסי תזונה HEI-2020, DASH ו-aMED הראתה קשרים מגנים. ממצאים אלו מספקים תובנות נוספות לגבי גורמים תזונתיים ואורח חיים ניתנים לשינוי של מחלות אבן בדרכי השתן ועשויים לתמוך בפיתוח אסטרטגיות מניעה וטיפוליות.
השכיחות העולמית של אבני שתן עלתה, והשפיעה על כ-10% מאוכלוסיית העולם בשלב כלשהו בחייהם, כאשר שיעורי שכיחות גבוהים יותר נצפו במדינות מתועשות 1,2,3. מצב זה מטיל נטל משמעותי על מערכות הבריאות בשל העלויות הכרוכות באבחון, טיפול וניהול של פרקי אבנים חוזרים. בנוסף, אבני שתן עלולות לגרום לסיבוכים חמורים, כולל קוליק כלייתי, המטוריה, דלקות בדרכי השתן ומחלות כליה כרוניות, מה שמשפיע על איכות החיים של המטופלים ומעלה את תחלואה 4,5.
למרות השכיחות הגבוהה והעומס הרפואי המשמעותי, הפתוגנזה של אבני השתן נותרה לא ברורה. מחקרים עדכניים זיהו גורמי סיכון שונים הקשורים להיווצרות אבני שתן, כולל הרגלי תזונה, צריכת נוזלים, השמנת יתר, הפרעות מטבוליות ונטיות גנטיות 6,7,8,9. בעוד שמחקרים תצפיתיים קודמים קישרו באופן אישי התנהגויות אורח חיים שונות או גורמים תזונתיים לסיכון לאבני השתן, רובם בחנו חשיפות אלו בנפרד או ללא התחשבות בבלבול גנטי. כתוצאה מכך, יש צורך קריטי במתודולוגיות חזקות לחשיפת הקשרים הסיבתיים בין גורמי הסיכון הללו לבין התפתחות אבני שתן. רנדומיזציה מנדלית (MR) היא גישה אנליטית המשתמשת בווריאנטים גנטיים כמשתנים אינסטרומנטליים להערכת ההשפעה הסיבתית של החשיפה על תוצאה, ובכך להפחית סיבתיות מבלבלת והפוכה10. באמצעות יישום MR, חוקרים יכולים לחזק את המסקנות הסיבתיות בין גורמי סיכון לתוצאות המחלה, ובכך להציע תובנות ברורות יותר לגבי אטיולוגיית המחלה.
במחקר זה השתמשנו בגישת MR כדי לחקור את הקשרים הסיבתיים בין גורמי סיכון שונים לבין הסיכון לפיתוח אבני שתן. יתרה מזאת, ניסינו לאמת את ממצאינו באמצעות נתונים מסקר הבריאות והתזונה הלאומי (NHANES), מאגר נתונים מקיף ומייצוג ברמה הלאומית. על ידי שילוב אפידמיולוגיה גנטית עם נתונים אפידמיולוגיים מסורתיים, מחקר זה נועד לספק הבנה מעמיקה יותר של הגורמים התורמים להיווצרות אבנים בשתן ולזהות מטרות פוטנציאליות למניעה והתערבות. השענו כי גורמי אורח חיים ותזונתיים משפיעים סיבתיות על הסיכון להיווצרות אבנים בשתן, כך שהתנהגויות לא בריאות מגבירות את הסיכון בעוד שרכיבים תזונתיים מועילים מסוימים מפחיתים את הסיכון.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
פרוטוקולי המחקר לסקר הלאומי לבחינות בריאות ותזונה (NHANES) אושרו על ידי הוועדה לסקירת אתיקה מחקרית (ERB) של המרכז הלאומי לסטטיסטיקה בריאותית (NCHS). מכיוון שמאגרי הנתונים של NHANES זמינים לציבור, החוקרים אינם צריכים לבקש אישור נפרד מוועדות הביקורת המוסדיות (IRBs) שלהם. הסטטיסטיקות הסיכומיות ממחקר אסוציאציה גנומי רחב (GWAS) זמינות גם הן לציבור. בהתאם לתנאי השימוש של מאגר הנתונים ולאישורים שניתנו לחוקרי המחקר המקוריים, ניתוח משני זה לא דרש אישור חדש של IRB או הסכמה מדעת אישית נוספת. כל מחקר GWAS שתרם כלל פרטים על פיקוח אתי ונהלי הסכמה בפרסומו המקורי. כל הניתוחים בוצעו בהתאם למדיניות המוסדית ולעקרונות הצהרת הלסינקי. הפרוטוקול המלא מפורט באיור 1.
עיצוב MR
MR דו-דגימתי נחשב לשיטה לזיהוי הקשר הסיבתי בין הפנוטיפ של החשיפה לתוצאה באמצעות כלים גנטיים (פולימורפיזמים של נוקלאוטידים בודדים [SNPs]) כמשתנים אינסטרומנטליים (IVs) מתוך מאגר נתונים ציבורי נגיש ממחקרי אסוציאציה גנומיים רחבי המדגם (GWAS). על ידי פיצוי על החסרונות האופייניים של בלבול שאריתי וסיבתיות הפוכה במחקרים תצפיתיים, MR דו-מדגמי יכול לחזק את היכולת להסיק את הסיבתיות של אסוציאציה בין חשיפה-תוצאה. מחקר MRI מתוכנן היטב התבסס על שלוש ההנחות הבאות: (i) הנחת רלוונטיות: וריאנטים גנטיים קשורים לגורמי סיכון; (ii) הנחת עצמאות: וריאנטים גנטיים בלתי תלויים בגורמים מבלבלים; ו-(iii) הנחת הגבלת ההדרה: וריאנטים גנטיים משפיעים על תוצאות רק דרך גורמי סיכון11,12.
מקור הנתונים ובחירת IVs
לצורך ניתוח MR זה, נבדקו מאגרי נתונים ציבוריים של GWAS, כולל openGWAS של IEU, קטלוג GWAS ונתוני סיכום ברמת GWAS שפורסמו, כדי לקבל מאגרי נתונים מתאימים לחשיפות. לכן, לא נדרשה אישור אתי נוסף. החשיפות סווגו לשתי קבוצות: (i) אורח חיים ו-(ii) גורמי תזונה. לכל חשיפה, קריטריוני הבחירה היו כדלקמן: (1) ה-GWAS בוצע בפרטים ממוצא אירופי כדי למזער את שכבות האוכלוסייה; (2) גודל המדגם היה גדול מספיק (בדרך כלל >100,000 משתתפים) כדי להבטיח עוצמה סטטיסטית מספקת לבחירת משתני מכשיר; (3) ה-GWAS סיפק נתונים ברמת סיכום כולל הערכות השפעה ברמת SNP, שגיאות תקן וערכי p; ו-(4) הגדרת הפנוטיפ הייתה עקבית עם החשיפה המעניינת שלנו. כאשר היו מספר מערכי נתונים זמינים לאותה חשיפה, שמרנו מועדפים על מערך הנתונים עם גודל המדגם הגדול ביותר, שכן דגימות גדולות יותר מספקות הערכות אפקט מדויקות יותר ומספר גדול יותר של SNPs משמעותיים כלל-גנומיים לשימוש כמשתנים אינסטרומנטליים. במקרים שבהם גודל המדגם היה דומה, בחרנו את מאגר הנתונים עם ההגדרה הפנוטיפית המחמירה ביותר או את זה שהחריג מדגמים חופפים עם התוצאה GWAS כדי למנוע הטיית חפיפה אפשרית.
בתחילה, קבענו סף מובהקות כלל-גנומי של p < 5E-8 כדי לזהות SNPs בעל קורלציה גבוהה בכל חשיפה. עם זאת, בשל מספר מוגבל של SNPs שזוהו לגורמי סיכון פוטנציאליים מסוימים בעת החשיפה, בחרנו בסף מעט גבוה יותר שנע בין p < 1E-7 ל-p < 1E-5. מידע מפורט על החשיפות במחקר זה מופיע בטבלה המשליחה 1. כל ה-SNPs היו מקובצים כדי להימנע מחוסר איזון קישורי תחת חלון גוש קפדני (r2 = 0.01 ו-kb = 5,000). ההרמוניזציה בוצעה במצב קפדני (פעולה=3) כדי לבטל SNPs פלינדרומיים עם תדירויות אלל בינוניות. העוצמות של המתאמים בין IVs לגורמי חשיפה הוערכו באמצעות סטטיסטיקת F, ו-IVs עם F < 10 בוטלו כדי להבטיח את חוזקות הקשר של הכלים הגנטיים לכל גורם סיכון פוטנציאלי ולמנוע הטיית מכשירים חלשה. נתונים עבור אבני שתן (ncase = 9713, ncontrol = 366,693) נאספו ממאגר הנתונים FinnGen (finngen_R9_N14_CALCUKIDUR), פרויקט ציבורי גדול הכולל מעל 370,000 משתתפי ביו-בנק פינלנד13. אבנים בשתן אובחנו לפי ה-ICD-10.
ניתוח סטטיסטי של MR
בחירת וריאנטים אינסטרומנטליים, ניתוחי רנדומיזציה מנדלית והדמיית נתונים בוצעו ב-R באמצעות חבילות התומכות בעיקר ב-TwoSampleMR וב-MRPRESSO. יושמו גישות MR מרובות, כולל מודל השפעות אקראיות משוקללות עם שונות הפוכה (IVW)14,15, MR-Egger16, חציוןמשוקלל 17, מצבמשוקלל 18, ומצב פשוט19. מודל IVW עם השפעות אקראיות שימש כגישה אנליטית עיקרית משום שהוא מספק הערכות סיבתיות אמינות באמצעות אינטגרציה מטה-אנליטית של יחסי וולד לכל משתנה אינסטרומנטלי כאשר פליאוטרופיה כיוונית אינה קיימת. ניתוחי MR-Egger, חציון משוקלל, מצב משוקלל ומצב פשוט בוצעו גם הם כדי להעריך את העקביות והעמידות של הממצאים.
סטטיסטיקת Q של קוקרן העריכה הטרוגניות בקרב SNPs בודדים. יציבות הערכות ה-MR נבדקה עוד באמצעות ניתוח רגישות של השאר-אחד-החוצה, על ידי הסרה רציפה של כל משתנה כלי. מבחן החיתוך MR-Egger ושיטת Mendelian Randomization Pleiotropy Residual Sum and Outlier העריכו את השפעת SNPs פליאוטרופיים וחריגים על הסקה סיבתית. תיקון בדיקות מרובות בוצע באמצעות שיטת בנג'מיני–הוכברג עם התאמת שיעור גילוי שגוי, וסף ערך p מותאם של 0.0520 הצביע על מובהקות סטטיסטית. חישובי עוצמה סטטיסטיים לניתוחי MR בוצעו באמצעות כלי מקוון הזמין בכתובת https://sb452.shinyapps.io/power/. אסוציאציות סיבתיות דווחו כיחסי סיכויים עם טווחי סמך תואמים של 95%. כל הניתוחים הסטטיסטיים בוצעו באמצעות תוכנת R גרסה 4.2.2 שפותחה על ידי קרן R למחשוב סטטיסטי.
מחקר תצפיתי על אוכלוסייה ועיצוב
20,797 המשתתפים שנבחרו למחקר החתך היו ממחזור 2009–2020 של ה-NHANES, סקר חתך של מדגם מייצגי לאומי של אוכלוסייה אזרחית לא מוסדית בארה"ב, בהתבסס על עיצוב דגימה הסתברותית רב-שלבית שכבתית. כל קריטריון ההכללה וההדרה מוצג באיור המשלים 1. מבין 24,593 המשתתפים שהשלימו את ראיון התזונה ואת שאלון מצבי הכליה, אלו שחסרים להם נתונים כמו מידע על אורח חיים ודמוגרפיה הוצאו. כל המשתתפים ענו על שאלון מצבי הכליות ונשאלו "האם אי פעם היו לך אבנים בכליות?" שאלו אותם, תשובה של "כן" הוגדרה כאבן כליה.
ציוני דפוסי תזונה
נאספו נתוני צריכת תזונה מקיפים משתתפי NHANES כדי להעריך את צריכת האנרגיה, צריכת החומרים התזונתיים ורכיבי מזון נוספים שמקורם במזון שנצרך במהלך 24 השעות שקדמו לראיון. מכיוון שראיונות תזונתיים פנים אל פנים מספקים דיוק ועקביות גבוהים יותר, נעשה שימוש בנתוני תזונה מהראיון הראשוני להערכת איכות התזונה וליצירת מדדי איכות תזונתית. מדד הדלקת התזונתית (DII) פותח כדי להעריך את המאפיינים הדלקתיים של דפוסי תזונה בודדים על ידי שילוב 45 רכיבים תזונתיים בעלי תכונות פרו-דלקתיות או אנטי-דלקתיות.21. עשרים ושמונה מזונות מה-NHANES שימשו לחישוב ה-DII. ציוני DII חיוביים גבוהים יותר היו קשורים ליכולת פרו-דלקתית גבוהה יותר, בעוד שערכי DII שליליים גבוהים יותר היו קשורים ליכולת אנטי-דלקתית גבוהה יותר. מדד התזונה הבריאה-2020 (HEI-2020) הוא גרסה מעודכנת שמעריכה את ההתאמה בין צריכת התזונה לבין הנחיות התזונה החדשות של ארה"ב (DGA) לשנים 2020–2025, וכוללת 13 קבוצות: פירות כוללים, פירות שלמים, ירקות וקטניות, דגנים מלאים, מוצרי חלב, מזונות עם חלבון מלא, פירות ים וחלבוני צמחים, חומצות שומן, דגנים מעובדים, נתרן, סוכרים מוספים וצריכת שומן רווי22. 23. ציוני HEI-2020 נעים בין 0 ל-100, כאשר ציונים גבוהים משקפים תזונה בריאה יותר. ציון הגישות התזונתיות לעצירת יתר לחץ דם (DASH) מורכב מתשעה רכיבים (שומן כולל, שומן רווי, חלבון, סיבים, כולסטרול, סידן, מגנזיום, אשלגן ונתרן), עם ציונים הנעים בין 0 ל-9, כאשר ציונים גבוהים יותר מצביעים על הקפדה רבה יותר על דפוס התזונה של DASH24. מודל הדיאטה הים-תיכונית האלטרנטיבי (aMED) מורכב מתשעה רכיבים: ירקות, קטניות, פירות, אגוזים, דגנים מלאים, בשרים אדומים ומעובדים, דגים, אלכוהול, ויחס שומנים חד-בלתי רוויים לשומנים רוויים25. ציוני aMed נעו בין 0 ל-9, כאשר ציונים גבוהים יותר הצביעו על הקפדה רבה יותר על מודל הדיאטה הים-תיכונית. כל ציוני דפוסי התזונה שתוארו לעיל חושבו באמצעות חבילת "diantaryindex" R.
אורח חיים ומשתנים נלווים
נתוני השאלונים סיפקו מידע על דמוגרפיה של המשתתפים, מצבים בריאותיים ומאפייני אורח חיים, כולל גיל, מין, גזע או אתניות, הישגים חינוכיים, הכנסה משפחתית, פעילות גופנית, הרגלי עישון וצריכת אלכוהול. גזע ואתניות סווגו ללא-היספנים: לבנים, שחורים לא-היספנים, מקסיקנים-אמריקאים, קבוצות היספניות אחרות, וקטגוריות גזעיות או אתניות נוספות. הישגים חינוכיים חולקו לחינוך פחות מתיכון וחינוך שמעבר לתיכון. רמת ההכנסה של משקי הבית הוגדרה לפי יחס הכנסה עוני (PIR): נמוך (PIR < 1.30), בינוני (1.30 ≤ PIR < 3.50), וגבוה (≥ 3.50). היסטוריה של מחלת סוכרת התקבלה בהתבסס על דיווח עצמי (כן או לא). פעילות גופנית בזמני פנאי (LTPA) סווגה לשלוש קטגוריות על פי עוצמת ומשך האימון: פעילות גופנית בעצימות בינונית < 75 דקות; 75–150 דקות; ≥ 150 דקות, או פעילות נמרצת ≥ 75 דקות. התנהגות ישיבה סווגה ככן או לא (≥ 6 ו-< 6 שעות) בהתבסס על זמן ישיבה. ציון דיכאון של ≥ 10 סווג כסף קליני לדיכאון לפי ציון שאלון PHQ-9 ודיכאון. עישון סווג כעישון (יותר מ-100 סיגריות בסך הכל בעבר). צריכת האלכוהול סווגה כשתייה אינסופית, שתייה מתונה (≤ 2 משקאות ביום לגברים ו-≤ משקה אחד ביום לנשים), ושתייה כבדה (> 2 משקאות ביום לגברים ו-> משקה אחד ביום לנשים). משך השינה סווג לשלוש קטגוריות (< 7, 7–9 ו-≥ 9 שעות), ובעיות שינה סווגו ככן או לא בהתבסס על דיווח עצמי. מדד מסת הגוף (BMI) סווג כרזה או תקין (< 25 ק"ג/מ"ר), עודף משקל (25–30 ק"ג/מ"ר), או שמן (> 30 ק"ג/מ"ר).
ניתוח סטטיסטי
מאפייני המשתתפים סוכמו עבור כלל אוכלוסיית המחקר וסווגו בהמשך לפי מצב אבן הכליה. משתנים רציפים הוצגו כערכים ממוצעים עם שגיאות סטנדרטיות, בעוד שמשתנים קטגוריים ואורדינליים הוצגו כתדירויות ואחוזים. מכיוון ש-NHANES משתמש בעיצוב דגימה מורכב ומייצג ברמה הלאומית, הוחלו משקלי דגימות ל-12 שנים במהלך הניתוחים. רגרסיה לוגיסטית שימשה להערכת הקשרים בין ציוני דפוסי תזונה, אורח חיים ואבני כליה. במקרה זה, ציוני דפוסי התזונה חולקו לשלישיות. במודלים של רגרסיה, מודל 1 הותאם לגיל (שנים רצופות), מין (זכר ואישה), וגזע (לבן לא-היספני, שחור לא-היספני, היספני וכו'), וכן הותאם לרמת השכלה, PIR והיסטוריה של סוכרת במודל 2 בהתבסס על מודל 1. כל הניתוחים היו מבחנים דו-צדדיים, וערך p < 0.05 נחשב מובהק סטטיסטית. נתוני NHANES נותחו סטטיסטית באמצעות SAS, גרסה 9.4.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
ניתוח אקראי מנדלי של אורחות חיים עם אבני שתן
איור 2 מציג את תוצאות ההשפעות האקראיות של IVW בין גורמי אורח חיים לסיכון לאבנים בשתן. מצאנו כי תדירות צריכת האלכוהול (OR = 1.37, רווח בר-סמך 95% = 1.14–1.66, p = 0.001) הייתה קשורה סיבתית לסיכון מוגבר לאבני שתן לעלייה גנטית חזויה ב-1-SD, בעוד שהכנסה לפני מס (OR = 0.31, רווח בר-סמך 95% = 0.16–0.63, p = 0.001) הראתה קשר שלילי עם מטופלים עם אבני שתן. לאחר...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
בהתבסס על ממצאי אקראיות מנדליים, הכנסה גבוהה יותר, צריכת פירות טריים, צריכת תה ורמות גבוהות יותר של אשלגן וויטמין E מפחיתים משמעותית את הסיכון לאבני שתן. בהתבסס על נתוני NHANES, שינה לא מספקת, הפרעות שינה, דיכאון, BMI גבוה ודיאטה פרו-דלקתית (DII גבוה) מגבירים את הסיכון לאבנים בכליות, בעוד שדפוסי התזונה הבריאים HEI-2020, DASH ו-aMED מפחיתים את הסיכון.
תוקף מסגרת האקראיות המנדלית המשולבת (MR) ו-NHANES תלויה במספר שלבים מוגדרים על ידי הפרוטוקול. בחירת SNP דורשת ק...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
העבודה נתמכה על ידי תוכנית מדעי הרפואה והבריאות של מחוז ג'ג'יאנג (2025HY0499; 2025ZR046) והקרן הלאומית למדעי הטבע של סין (82400854).
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| מאגרי נתונים של GWAS לחשיפה | IEU פרויקט OpenGWAS | https://gwas.mrcieu.ac.uk/ | נתונים גנטיים זמינים לציבור הקשורים לגורמי חשיפה |
| מאגרי נתונים של GWAS לתוצאות | FinnGen | https://www.finngen.fi/en | נתונים גנטיים זמינים לציבור הקשורים לאבני כליה |
| NHANES 2009–2020 דמוגרפיה & מערך סוציו-אקונומי | CDC NHANES | DEMO | מערך זמין לציבור עם משתנים דמוגרפיים, סוציו-אקונומיים ואורח חיים |
| NHANES 2009–2020 צריכה תזונתית | CDC NHANES | 24h recall | הערכת צריכה תזונתית |
| NHANES 2009–2020 שאלון | CDC NHANES | שאלון | תאר האם יש לך אבני כליה |
| R | קרן R | https://www.rproject.org(גרסה 4.2.2 ) | תוכנה המשמשת לניתוח נתוני NHANES ומנדליאן |
| SAS | חברת SAS | http://www.sas.com/(גרסה 9.4) | תוכנה המשמשת לניתוח נתוני NHANES |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.