初性交時の年齢とHIV感染リスクの関連を2サンプルメンデルランダム化フレームワークを用いた評価

サマリー

本研究はメンデル無作為化を用いて、初性交時の年齢とHIV感染リスクとの潜在的な関連を遺伝的計器変数を用いて、交絡を減らし因果推論を強化しました。

要約

本研究は、初度性交年齢(AFS)とヒト免疫不欠乏ウイルス(HIV)感染リスクとの潜在的な関連性を調査するために、2サンプルメンデルランダム化枠組みを用いて調査しました。ヨーロッパ集団からの要約レベルのゲノムワイド関連研究(GWAS)データを分析し、FinnGen R5データセットからAFSの214,547人、HIVの357人、対照群218,435人を含みました。AFSと有意に関連する独立した単一塩基多型を、連鎖不平衡凝集および器具強度評価の後に計測変数として選択した。因果推定は逆分散重み付け(IVW)、MR-エッガー回帰、加重中央値、加重モード、シンプルモードを用いて評価されました。コクランQ検定、MR-Eggerインターセプト解析、MR-PRESSO評価、リーブワンアウト感度解析を用いて、異質性、多面性、堅牢性を評価しました。IVW解析では、遺伝的に予測された後期AFSはHIV感染リスクの低下(OR = 0.192、95% CI = 0.062–0.592、 P = 0.004)と関連していることが示唆され、一方で早期の性的デビューはHIV感受性の増加に対応している。複数のメンデルランダム化手法で方向性一貫した結果が、観察された関連の安定性を支持しました。しかし、HIVアウトカム分析はHIV感染者数が限られた単一のデータセットに依存しているため、この結果は慎重に解釈されるべきです。これらの結果は、早期性行為とHIV感受性との潜在的な関連を支持し、感染症転帰に関連する行動リスク因子の調査におけるメンデルランダム化の有用性を示しています。

概要

人間の生殖行動、例えば初回性交時の年齢(AFS)、性的パートナーの数、初出産時の年齢は、社会的、行動的、健康的アウトカムと密接に関連しています。^1,2。過去の研究では、思春期のAFSが早期に発症する傾向が示されています。³.例えば、イギリスでは初対異性愛の中央値年齢は約17歳であり、16歳未満の性的デビューを報告する青少年の割合が増加^{しています。}観察^研究では、早期の性的デビューは高リスクの性的行動、物質使用、悪影響の精神的健康結果、性感染症の可能性も高く評価されています。

ヒト免疫不全ウイルス(HIV)は、後天性免疫不全症候群(AIDS)の原因であり、依然として主要な世界^的な公衆衛生課題となっています5.最近の世界的な推計によると、世界中で約3,900万人がHIVと共に生活^{しています。}中国では、近年新たに診断されたHIV感染の発生率が増加し続け^{ています。}いくつかの観察研究では、早期の性的デビューがHIV感染やその他の性感染症のリスク増加と関連していることが示唆されており、特に男性同性行為を行う男性(MSM^)8,9。HIV陽性のMSMは、バイセクシュアル男性と比べて¹⁰歳より若い年齢で初めて同性交渉を経験したと報告されています。しかし、AFSはHIV感染の直接的な生物学的決定因子としてではなく、性的曝露やリスクを取る行動的・社会的指標として主に解釈されるべきです。

観察研究は重要な疫学的証拠を提供しますが、これらの関連は残留交絡要因、社会経済的要因、行動の異質性、逆因果関係の影響を受ける可能性があります。メンデルランダム化(MR)解析は、遺伝的変異を道具変数として用い、交絡バイアスや逆因果バイアスを減らすことで因果推論を強化します^。MRは、性的行動を伴うランダム化比較試験が一般的に実現不可能かつ倫理的に適切でないため、感染症の結果に関連する行動曝露の評価に特に価値があります。AFSとHIVリスクの関係を調べたこれまでの研究は主に観察的であり、観察された関連がより広範な行動的または社会経済的影響とは独立した因果関係を反映しているかどうかを判断するために遺伝的疫学的アプローチを用いた研究は比較的少ない。

プロトコル

本分析に含まれるすべての元来ゲノムワイド関連研究(GWAS)調査は、参加者から書面によるインフォームドコンセントを取得し、それぞれの機関倫理委員会から承認を受けていました。本研究は公開されている非識別化されたGWAS要約統計を使用していたため、追加の機関審査委員会承認は必要ありませんでした。このプロトコルで使用される研究ツールは「材料表」に記載されています。

1. データ

曝露データセットおよびアウトカムデータセットの両方で、公開されているGWASデータベースから単一塩基多型(SNP)要約統計が取得されました。初性交年齢(AFS)に関するGWASの要約統計は、英国バイオバンク(UKB)から214,547人のヨーロッパ系個人を対象とした2021年のGWASメタアナリシスから得られました¹²。AFSは連続曝露変数として扱われました。匿名インタビューを通じて収集された参加者報告の性的行動データを用い、12歳未満の個人は除外しました。性交の歴史や初回性交時の年齢に関する回答は、元のGWAS^研究で記述された通り抽出されました。

ヒト免疫不全ウイルス(HIV)感染のGWAS要約統計は、357件のHIV症例と218,435件の対照群¹³を含むFinnGenコンソーシアムR5リリースから取得されました。AFSが曝露変数として、HIV感染がアウトカム変数として定義されました。集団の階層バイアスを最小限に抑えるため、ヨーロッパ系の個人を含むデータセットのみを含めました。GWASデータ抽出、SNPフィルタリング、調和、メンデルランダム化解析、感度テスト、出力解釈の全体的な解析ワークフローは 図1にまとめられています。

2. 研究デザイン

減数分裂中のランダムな染色体配分に基づく2サンプルメンデルランダム化(MR)フレームワークが適用されました¹⁴。AFSに関連する遺伝的変異を計題変数として用い、AFSとHIV感染リスクの関係を推定しました。MR解析は3つの主要な仮定のもとで実施されました。選定されたSNPはAFSと強く関連しており、関連性仮定と一致しています。SNPはHIV感染リスクに関連する交絡変数とは独立しており、独立性仮定と一致しています。また、SNPは除外制限仮定と一致し、代替の因果経路を用いず、AFSのみを通じてHIV感染に影響を与えました(図2)¹⁴。

機器の強度はゲノム全体有意性閾値とF統計量を用いて評価されました。AFSに関連するゲノム全体で有意なSNPは厳格な連鎖不平衡凝集閾値を用いて選定し、F統計量<10のSNPは弱い機器バイアスを最小化し関連仮定を強化するために除外しました。多重性および交絡効果の可能性は感度解析を用いて評価されました。独立性および排除制限の仮定は、調和手法、交絡因子スクリーニング、MR-エッガー切片検定、コクランのQ異質性解析、MR-PRESSOの外れ値評価、および一つ除外感度を排除する感受性解析を用いて、水平多面性および残留交絡の可能性を低減しました。追加の感度解析を行い、多面的効果を特定しMRの仮定を検証^{しました。}MR解析を用いて、遺伝的に早期に予測されたAFSがHIV感染リスクと関連しているかどうかを評価しました。

3. 計器変数の選択

SNP選出前に厳格な品質管理手続きが実施されました。ゲノム全体有意性閾値(P < 5 × 10⁻⁸)でAFSに有意に関連するSNPは、TwoSampleMRパッケージ内のextract_instruments()関数を用いて、連結不平衡閾値をr² < 0.001、凝集距離を10,000 kb¹⁶>で抽出しました。選択されたすべてのSNPに対してF統計量を計算し、F<10の弱い計測変数¹⁷を除外しました。

F統計量は次のように計算されました。

                                                       

ここで:

これらの式では、Nは選択したデータセットのサンプルサイズ、kはMR解析に使用されるSNPの数、AFSに対するSNP効果推定β、SDはβの標準偏差、MAFはマイナーアレル頻度を表します。すべての事前定めされた基準を満たすSNPはMR解析の最終計器変数として保持されました。

4. 交絡および回文SNPの除去

選定されたすべてのSNPは調和前に交絡形質との潜在的な関連についてレビューされました。HIV関連表現型または交絡形質に関連するSNPは^r2>0.80を除外した^23,24。曝露およびアウトカムデータセットはharmonise_data()関数を用いて調和し、中間アレル頻度を持つ回文SNPは除去して鎖の曖^昧さを防いだ。

回文SNPは、中間的な対立遺伝子頻度が0.01から0.30の範囲であるA/TまたはG/Cの対立遺伝子を含む変異体として定義されました。

5. 因果効果推定

MR解析は、反分散加重(IVW)、MR-エガー回帰、加重中央値、加重モード、シンプルモードを用いたMR解析を行い、AFSとHIV感染の関係を推定しました²⁵。MR手法間の一貫性を評価し、因果推定の堅牢性と多面性バイアスの可能性を評価しました。IVWは、SNP特異的なWald比率を^{メタアナリ}シスで組み合わせたため、主要な解析手法として用いられました。

因果効果の推定値はオッズ比(OR)、ベータ係数(β)、および95%信頼区間(CI)として報告されました。その後、異質性と感度解析が行われました。コクランのQ統計量はmr_heterogeneity()関数を用いて計算され、リーブワンアウト分析はmr_leaveoneout()関数を用いて個々のSNPが因果推定値に与える影響を明らかにしました^26,27。

MR-Egger切断テストはmr_pleiotropy_test()関数を用いて実施され、MR-PRESSOのグローバルテストは水平多面性の評価と外れ値SNPの特定に用いられた。MR-PRESSO手順²⁸を用いて外れ値除去後に修正推定値が生成された。

6. 統計分析

すべての統計解析はRソフトウェア(バージョン4.1.0、TwoSampleMR、LDlinkR、devtools、MR-PRESSOパッケージを用いて、SNP抽出、連結不平衡凝集、調和、メンデルランダム化解析、感度テストに用いられています。分析ワークフローのサポートにはFinnGen(RRIDは利用できません)、MR-PRESSO(RRIDは利用できません)、LDlinkR(RRIDは利用できません)が使用されました。すべての統計検定は両側検定で、統計的有意は P <0.05と定義されました。

統計的パワーは、サンプルサイズおよび計測変数効果推定に基づくウェブベースのmRnd計算機を用いて推定^{されました。}最終的な解析出力には、OR推定値、95%信頼区間、異質性統計、多面性評価、感度分析が含まれ、これらを総合的に解釈して、遺伝的に予測されたAFSとHIV感染リスクの関連の堅牢性と一貫性を評価しました。すべての解析は、RソフトウェアのTwoSampleMR、LDlinkR、devtools、MR-PRESSOパッケージの確立された関数を使用して実施されました。本研究のためにカスタム解析スクリプトは作成されていません。

結果

メンデルランダム化(MR)解析は、遺伝的に予測された初回性交時の年齢(AFS)とHIV感染リスクとの潜在的な関連性を示唆しました。MR-PRESSOアプローチを用いた感度解析および外れ値評価の結果、観察された関連は方向的に一貫したままでした。逆分散加重(IVW)解析により、遺伝的に予測された後のAFSはHIV感染リスクの低下と関連していることが示されました(OR = 0.192、95% CI = 0.062–0.592、 P = 0.004)。この推定は、遺伝的に予測されるAFSの増加がHIV感染の可能性の大幅な低下と関連している一方で、早期の性生活経験はHIV感受性の増加に対応していることを示唆しました。

すべての計測変数はF統計量>10を示し、推定統計的検出力は80%>、MRの強い関連性の仮定を支持し、弱い計測バイアスの可能性を低減しました。IVW、MR-エガー回帰、加重中央値、加重モード、シンプルモード解析において方向性一貫性の関連が観察され、複数のMRアプローチにおける分析的一貫性を支持し...

ディスカッション

本研究は、公開されているGWAS要約統計を用い、2標本メンデルランダム化(MR)フレームワークを用いて、遺伝的に予測される初性交年齢(AFS)とHIV感染リスクとの潜在的な関連性を評価しました。この発見は、遺伝的に予測された早期AFSがHIV感受性の増加と関連していることを示唆し、AFSとHIV感染リスクの間に潜在的な逆相関がある可能性を示しました。逆分散加重(IVW)、加重中央値(WM)、MR-Egger回帰分析の一貫した結果は、観察された関連の堅牢性を支持し、概ね以前の疫学的観察と整合していました。以前の研究では、性行為を早期に経験した男性(MSM)は、複数の性的パートナーシップ、避妊なしの性交、^{薬物使用など}、HIV曝露リスクの増加に関連する行動に関与しやすい可能性が高いと報告^{されています。}性的デビューが早いことは、性的^{リスクテイ}クに...

材料

この記事で使用された材料の一覧

名前	会社	カタログ番号	コメント
devtools パッケージ	R Foundation for Statistical Computing, Vienna, Austria	R パッケージ	パッケージのインストール、データ処理、およびメンデリアン無作為化ワークフローの準備に使用。
FinnGen GWAS データセット	FinnGen Consortium	N/A	HIV 感染の集約統計に使用される結果 GWAS リソース。
GWAS サマリーデータ	UK Biobank Consortium, FinnGen Consortium	公開 GWAS データセット	SNP の抽出とメンデリアン無作為化分析に使用される公開 GWAS 集約統計。
LDlinkR パッケージ	National Cancer Institute (NCI), National Institutes of Health (NIH), USA	R パッケージ	連鎖不平衡評価と SNP 検証に使用。
mRnd 計算機	Web ベースツール	https://shiny.cnsgenomics.com/mRnd/	メンデリアン無作為化分析における統計的検出力計算に使用。
MR-PRESSO パッケージ	GitHub リポジトリ	N/A	メンデリアン無作為化分析における多形性評価と外れ値補正に使用。
R ソフトウェア	R Foundation for Statistical Computing, Vienna, Austria	バージョン 4.1.0; RRID:SCR_001905	統計分析とメンデリアン無作為化ワークフローの実行に使用。
SNP データ	UK Biobank Consortium, FinnGen Consortium	公開 SNP データセット	メンデリアン無作為化分析の機器変数として使用される SNPs。
TwoSampleMR パッケージ	MR-Base プラットフォーム	RRID:SCR_018317	2 サンプルのメンデリアン無作為化分析、調和、および感度テストに使用。
UK Biobank GWAS データセット	UK Biobank Consortium	N/A	最初の性交年齢 (AFS) の集約統計に使用される曝露 GWAS リソース。