研究記事

TNF経路バイオマーカーと股関節骨折リスクとの間に有意な直接的因果関係なし:実世界データに基づく研究

DOI:

10.3791/70376

2026年6月5日

* These authors contributed equally

この記事について

サマリー

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本研究はFAERSの薬物監視とメンデル無作為化を統合し、TNF経路バイオマーカーと股関節骨折リスクとの関連を評価します。実際の有害事象監視と遺伝的因果推論を組み合わせることで、無作為化試験が利用できない、実務的に非現実的、または倫理的に実施が困難な場合にバイオマーカーとアウトカムの関係を評価する再現可能なアプローチを提供します。

要約

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股関節骨折は高齢者に多く見られる深刻な疾患であり、しばしばTNF-αシグナル伝達の変異と関連しています。しかし、TNF経路バイオマーカーの変化が股関節骨折リスクに寄与するかどうかを探る研究はほとんどありません。本研究では、2014年第1四半期から2023年第4四半期までのデータを用いて、5種類のTNF阻害剤で報告された股関節骨折に関連する有害事象を分析しました。データの標準化とクレンジング後、報告オッズ比、比例報告比、多項目ガンマポアソン縮小法、ベイズ信頼伝播ニューラルネットワークを含む4つの不均衡性手法を適用し、TNF阻害剤曝露と股関節骨折アウトカムの関連性を評価しました。さらに、TNF-α、sTNFR1、sTNFR2を曝露、股関節骨折をアウトカムとして用いる補完的なメンデルランダム化解析も実施されました。薬物監視性解析では、TNF阻害剤曝露と股関節骨折関連の有害事象と4つのアルゴリズム間に有意な関連は認められませんでした。メンデル無作為化解析では、遺伝的に予測されるTNF-αと股関節骨折リスクの間に有意な直接的因果関係は認められず、sTNFR1およびsTNFR2の追加解析でも一貫した結果が得られました。これらの発見は、TNF経路バイオマーカーが股関節骨折リスクの独立した直接決定因子として作用する可能性が低いことを示唆しており、将来の機序的研究や予防戦略の有用な基盤となる可能性があります。

概要

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股関節骨折は高齢者に一般的かつ深刻な臨床状態であり、その臨床症状は通常、股関節の痛みや機能障害を特徴とします股関節骨折は患者に深刻な影響を与えるだけでなく、家族や社会にも大きな負担をかけます。患者の場合、股関節骨折は長期間の入院とリハビリを伴い、高齢患者の身体的および精神的健康に大きな影響を与えます。家族レベルでは、患者は通常家族からの長期ケアを必要とし、特に低所得家族にとっては経済的・精神的な負担が増す可能性があります。影響は大きいかもしれません。社会レベルでは、股関節骨折の高い発生率は医療資源の消費を増やすだけでなく、高齢化社会における健康安全保障システムへの課題にもなっています。疫学的観点から見ると、股関節骨折の発生率は世界的に毎年増加傾向を示しており、これは8歳の年齢層と密接に関連しています。高齢者、特に高齢女性は股関節骨折のリスクが高く、股関節骨折の約75%は9、10、11歳以上の高齢女性に発生しています。したがって、股関節骨折の発生と発症のメカニズムを探るために関連する研究を行う必要があり、これにより骨折の予防と治療がより良くなっています。これまでの研究では、股関節骨折にはTNF-αの発現や炎症活性化の変化が伴う可能性が示唆されています(12,13)。しかし、TNF経路バイオマーカーの遺伝的に予測される変化が股関節骨折リスクと因果関係があるかどうかは依然として不明です。したがって、本研究ではTNF経路バイオマーカーが股関節骨折リスクと因果関係があるかどうかを調査しました。エタナーセプト15、アダリムマブ16、インフリキシマブ17、セルトリズマブペゴル18ゴリムマブ19を含む5種類のTNF阻害薬が薬物監視分析のために選択されました。FAERSデータベースを用いてこれらの因子に関連する股関節骨折の有害事象報告を特定し、補完的なメンデルランダム化(MR)解析を用いて因果関係をさらに評価しました。

この問題を調査するためにいくつかの方法論的アプローチが用いられますが、それぞれに重要な限界があります。コホート研究や症例対照研究などの従来の観察研究は臨床集団における関連性を特定するのに役立ちますが、残存交絡、適応バイアス、逆因果、疾患の重症度、併存疾患、または併用薬の不完全調整の影響を受けることが多い20。ランダム化比較試験はより強力な因果関係を提供できますが、特に炎症バイオマーカーや市販後の安全性イベントを含む曝露の場合、股関節骨折などの長期的結果に対しては費用がかかり時間がかかり、実施が困難であることが多いです。単独の薬物監視分析は大規模な実世界集団で潜在的な安全シグナルを検出できますが、過少報告、重複報告、欠落データ、報告バイアス、分母情報不足により、自発的な報告データは独立して因果関係を確立できません。逆に、単独のメンデルランダム化は遺伝的変異をツール変数として用いることで因果推論を強化することができますが、実際の市販後の安全性パターンを直接捉えるものではなく、有効な検査ツールが利用できない場合や水平多面性が存在する場合には制限されることがあります23

FDA有害事象報告システム(FAERS)は、米国食品医薬品局(FDA)が医薬品安全情報を収集・監視するために設立したデータベースです。患者、医療専門家、製薬会社など複数の情報源からの有害薬物イベント報告を記録し、有害反応の監視と評価に重要なツールです。FAERSデータベースの情報は医薬品安全性分析や研究で広く利用されており、多くの学術研究や臨床実践ガイドラインもこのプラットフォームのデータに基づいて意思決定を行っています26。例として、免疫抑制剤やその他の関連有害事象に関連する有害事象のリスクを監視することが挙げられます(27,28)。従来の臨床試験と比較して、自発的報告システムは、大規模な実世界集団における希少または遅延性有害事象を比較的低コストで捉えることができます。しかし、報告の過少、重複報告、欠落データ、報告バイアスの影響を受けやすく、因果関係を独立して立証することはできません。

メンデルランダム化は、遺伝的変異を計題変数として用いて、曝露と疾患の因果関係を調査する統計的手法です。副作用の研究において、メンデルランダム化は潜在的な因果関係を特定し、それを支持する信頼できる証拠を提供するために用いられます。メンデルランダム化の妥当性は、図1333435に示されているように、選ばれた変異が曝露と強く関連していること、変異体は曝露経路を通じてのみ結果に影響を与えます。そして、これらの変異は主要な交絡因子とは独立しています。従来の観察研究と比べて、メンデルランダム化は遺伝的変異が受精時にランダムに割り当てられ、生涯を通じてほぼ安定しているため、残留交絡や逆因果に弱い36,37。しかし、有効な計器変数が存在しない場合、水平多面性が大きい場合、または曝露効果が強く時間依存的である場合には、このアプローチはあまり適さない場合があります。

FAERS薬物監視分析とメンデルランダム化を統合することで、現在のワークフローは実世界の安全監視と遺伝的因果推論を組み合わせています。この複合アプローチは、ランダム化比較試験が利用できない場合、実用的でない場合、または倫理的に問題がある場合、またバイオマーカーとアウトカムの関係を評価するために補完的な証拠が必要な場合に特に適しています39。実務的には、このFAERS-メンデルランダム化ワークフローは、研究課題が以下の条件を満たす場合に最も適しています。第一に、薬物イベントまたはバイオマーカー-アウトカムの関係は臨床的に重要だが、ランダム化試験では十分に検証できないこと(40)。第二に、市販後の実世界での安全性データが利用可能で、有害事象のスクリーニングや特性評価に利用できます。第三に、曝露とアウトカムの両方に関する適切なゲノムワイド関連研究要約統計が利用可能です。第四に、研究者はシグナル検出と遺伝的因果推論を組み合わせることを目指し、どちらか一方の方法に頼るのではなく、これらの条件下では、FAERSは潜在的な安全性シグナルの存在に関する実世界での証拠を提供でき、一方でメンデルランダム化は関連するバイオマーカーや経路が結果と直接的な因果関係を持つ可能性をさらに評価できます。この複合ワークフローは、希少性、遅延性、または倫理的に研究が難しいアウトカムの評価や、従来の疫学的デザインが限られている場合のより堅牢なエビデンス生成に特に有用です(41)。

この理論を基に、本研究は従来の因果推論手法が限られている場合に、薬物イベントの安全性シグナルおよびバイオマーカー-アウトカムの因果関係を評価するための統合されたFAERS-メンデルランダム化ワークフローを確立・実証することを目的としました。FAERS薬物監視分析は、TNF阻害剤に関連する股関節骨折関連の有害事象報告のスクリーニングおよび特徴付けに初めて用いられました。その後、TNF-α、sTNFR1、sTNFR2を含むTNF経路バイオマーカーが股関節骨折リスクと因果関係があるかどうかを評価するためにメンデル無作為化を適用しました。市販後の安全性監視と遺伝的因果推論を組み合わせることで、このワークフローは臨床的に重要な薬物事象やバイオマーカー-アウトカム関係を調査する将来の研究において再現可能な方法論的参照を提供します。

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プロトコル

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FAERSのデータソース

本研究の実世界データはFAERSデータベースから取得されました(https://fis.fda.gov/extensions/FPD-QDE-FAERS/FPD-QDE-FAERS.html)。このデータベースは一般公開され匿名化されているため、倫理的承認は必要ありませんでした。含まれる5つの薬剤に関する情報は 表1に示されています。まず有害事象を股関節骨折に限定して検索を行い、捜索期間は2014年第1四半期から2023年第4四半期まででした。信頼性と安定性を確保するため、報告された有害事象の用語はMedDRA辞典版26.142を通じて標準化されました。2014年第1四半期から2023年第4四半期までのFAERS四半期ASCIIファイルをダウンロードし、分析のためにインポートしました。抽出されたFAERS表にはDEMO、DRUG、REAC、THER、RPSR、OUTCが含まれていました。これらのテーブルは上映前に全区画で統合されました。報告はCASEIDおよびPRIMARYIDを用いて連携し、人口統計、薬剤、反応、治療、報告者、アウトカム情報の整合性を確保しました。標的薬剤にはエタナーセプト、アダリムマブ、インフリキシマブ、セルトリズマブ、ペゴル、ゴリムマブが含まれていました。DRUG表の薬名は、テキストを大文字に変換し、余分なスペースを除去し、必要に応じてスペルの変種をチェックすることで標準化されました。標的薬剤はDRUG表の標準化されたジェネリック名で特定され、薬剤役割制限はROLE_COD = "PS"で行われ、主要疑薬剤43を示しました。具体的な研究スクリーニング手法のロードマップは 図2に示されています。データのクリーニングとスクリーニングを経て、適合する股関節骨折報告の独自かつ分析可能なデータセットが取得され、その後の解析に備えました。

重複したFAERS報告は信号検出前に削除されました。重複はCASEIDおよびPRIMARYIDに基づいて特定されました。複数の報告書が同じケースIDを共有している場合、FDA_DTによれば最新の報告書が保持されました。複数のレポートが同じCASEIDとFDA_DTを持っていた場合、最も高いPRIMARYIDのレポートが保持されました。重複除去後、各CASEIDは最終的な解析データセットに1つのレコードのみを寄与しました。報告書は以下の基準すべてを満たしている場合に含まれました:報告日が2014年第1四半期から2023年第4四半期の間であること;有害事象は「股関節骨折」とコード化され、5つのTNF阻害剤のうち少なくとも1つはDRUG表に記録されていました。そして薬物の役割は主要な容疑者としてコード化されていました。重複記録、有効なCASEIDまたはPRIMARYID情報が欠如、対応するDRUGやREACの記載がない、対象の有害事象が含まれていなかった、または標的TNF阻害薬が併用または二次疑わしい薬剤としてのみ記載されている場合は除外されました。

メンデルランダム化に関するGWASデータソース

本研究のメンデルランダム化におけるTNF-αの曝露データは、IEU OpenGWASデータベース(https://gwas.mrcieu.ac.uk/)から取得され、GWAS ID prot-c-3722_49_2はSuhre Kらの研究から得られました。調査対象集団はヨーロッパ系の祖先で、SNPの数は501,42844でした。

本研究のメンデルランダム化におけるsTNFR1の曝露データは、IEU OpenGWASデータベース(https://gwas.mrcieu.ac.uk/)から取得され、GWAS ID prot-c-2654_19_1はSuhre Kらの研究から取得されました。調査対象集団はヨーロッパ系の祖先で、SNPの数は501,42844でした。

本研究のメンデルランダム化におけるsTNFR2の曝露データは、Suhre Kらの研究によるIEU OpenGWASデータベース(https://gwas.mrcieu.ac.uk/)から取得され、GWAS ID prot-c-3152_57_1。調査対象集団はヨーロッパ系の祖先で、SNPの数は501,42844でした。

股関節骨折のアウトカムデータであるGWAS ID GCST90161240は、GWASカタログ(https://www.ebi.ac.uk/gwas/studies/GCST90161240)に収録されており、11,516件の股関節骨折症例と723,838件の対照群45を含む大規模なGWASのメタアナリシスデータです。この疾患分類は国際疾病分類(ICD)に準拠しています。ICD-10コードS72.0–S72.2およびICD-9コード820)。

元のGWAS研究では倫理的承認とインフォームド・コンセントが取得されていました。本研究は公開された匿名化されたFAERSデータおよび公開されたGWAS要約統計を使用していたため、追加の倫理的承認は必要ありませんでした。

ソフトウェア環境とワークフロー実装

すべての解析はRバージョン4.3.2を使用して実施されました。FAERSのデータインポート、クレンジング、マージ、集計はRベースのデータ管理ワークフローを用いて行われました。データテーブルはdata.table::fread()やreadr::read_delim()などの関数でインポートされ、CASEIDやPRIMARYIDでマージされ、dplyr関数で処理されました。記述統計と2×2の成番表はカスタムRスクリプトで生成されました。

メンデル無作為化解析はTwoSampleMRバージョン0.5.6を用いて実施されました。曝露機器は 、P <1×10⁻5 の有意性閾値を用いて抽出するか、TwoSampleMR互換入力構造を用いたGWASの要約統計からフォーマットされました。機器の凝集はclump_data()を用いて行われ、clump_r2 = 0.001、clump_kb = 10,000 が使われました。結果データは、ソース形式に応じて extract_outcome_data() または read_outcome_data() で抽出またはフォーマットされました。曝露データセットとアウトカムデータセットはharmonise_data()を用いて調和されました。因果推定値は、mr()を用いて以下のメンデルランダム化手法を用いて生成されました:MR-Egger、加重中央値、逆分散加重、単純モード、加重モード。異質性は mr_heterogeneity() を用いて評価され、水平多面性は mr_pleiotropy_test() を用いて評価されました。すべてのデータセットはこのソフトウェア環境内でインポート、クリーニング、調和、分析を行い、一貫性と再現性のある分析ワークフローを確保しました。

薬物監視分析

5つの薬剤に関連する股関節骨折関連の有害事象を要約するために記述的解析を用いました。その後、報告オッズ比(ROR)、比例報告比(PRR)、多項目ガンマポアソン縮小法(MGPS)、ベイズ信頼伝播ニューラルネットワーク(BCPNN)を含む4つの不均衡性アルゴリズムを用いてシグナル検出解析を行いました。4つの主要なアルゴリズムの基準は表246に示されています。

メンデルランダム化解析

TNF-α、sTNFR1、sTNFR2の要約統計を曝露データセットとして抽出し、股関節骨折の要約統計をアウトカムデータセットとして抽出しました。分析は利用可能な場合はヨーロッパ系祖先データセットに限定し、集団層別バイアスを軽減しました。

連鎖不平衡や弱い計測によるバイアスを最小化するために、以下の基準が適用されました:ゲノム全体有意性閾値 P < 1 × 10⁻5、連鎖不平衡閾値r2 < 0.001、凝集ウィンドウ10,000 kb、F統計量> 20。保持された各計測変数のF統計量はβ2/se2 として計算され、計測器の強度を評価しました。F統計量≤20のSNPは下流解析から除外されました。

SNP選択後、曝露データセットとアウトカムデータセットを調和させて効果対立遺伝子を整列させました。調和の過程で、効果対立遺伝子やその他の対立遺伝子は曝露データセットとアウトカムデータセット間でアラインメントされました。対立遺伝子の不整合を持つSNPは除去され、鎖の配向が特定できない場合はアリル頻度が曖昧な回文SNPは除外されました。調和後、保持されたSNPを調べ、ベータ係数が両データセットで同じ効果対立遺伝子に対応していることを確認しました。凝集と調和後に保持されたSNPの数は、各露光ごとに中間再現性チェックポイントとして記録されました。

MR-Egger、加重中央値、逆分散加重、単純モード、加重モードを含む5つのメンデルランダム化手法が適用されました。計測変数の潜在的な異質性はコクランのQ検定を用いて評価され、 P < 0.05は有意な異質性を示すと考えられました。MR-Egger切片を用いて潜在的な水平多面性を評価し、 P <0.05は多效性を示し、因果推定の信頼性低下を示唆した47。これらの解析により、各曝露ごとに因果効果の推定値と異質性および多面性統計が得られました。

再現性のための中間チェックポイント

各主要な処理ステップの後に中間チェックポイントが記録され、ワークフローの再現性を確保しました。FAERSのワークフローでは、インポートされたDEMOレコード数、重複除去後の一意記録数、股関節骨折を対象有害事象とする報告数、5種類のTNF阻害剤を含む報告数、およびTNF阻害剤が主要疑薬として記録された最終的な適格報告数が含まれていました。メンデルランダム化ワークフローでは、各曝露で抽出されたSNP数、連鎖不平衡凝集後に保持されるSNP数、アウトカムデータセットで利用可能なSNP数、調和後に保持されるSNP数、そして各メンデルランダム化解析で使用された最終的な計測変数数が含まれていました。

統計報告

連続的な結果が報告され、対応する効果推定値、95%信頼区間(95%信頼区間)、 およびP 値が示されました。特に指定がない限り、統計的有意は両側の P <0.05と定義されました。薬物監視分析では、各TNF阻害剤およびプールされたTNF阻害剤群について記述的カウントおよび不均衡推定値が報告されました。メンデルランダム化解析では、因果推定、標準誤差、95%信頼区間、 P 値、異質性統計、多面性検査結果、および各曝露ごとに保持されたSNP数が報告されました。

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結果

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記述的分析の結果

詳細なデータクリーニングおよびスクリーニングのワークフローは 図2にまとめられています。DEMOテーブルから最初に取得されたレコードは合計15,428,448件でした。重複削除後、13,447,292件のユニークなDEMOレコードが残りました。データの標準化、重複除去、クロステーブルリンクを経て、各FAERS表で利用可能な記録数は、DRUGで27,260,995件、REACが18,851,426件、TRが12,573,760件、RPSRが6,448,188件、OUTCで7,645,965件でした。スクリーニングされた全記録のうち、7,852件の報告が股関節骨折を副作用として特定し、薬物が主な容疑者として挙げられていました。主要疑わしい薬物として記録されたTNF阻害剤に分析を制限した後、最終研究集団については表 3に示されるように、472件の独自の分析可能な報告が保持されま...

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ディスカッション

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本研究では、実際の薬物監視データから同定された5つのTNF阻害剤をメンデル無作為化解析と統合し、TNF経路バイオマーカーが股関節骨折リスクと因果関係があるかどうかを評価しました。結果は一貫して、TNF-αと股関節骨折リスクの間に有意な直接的因果関係は認められず、sTNFR1およびsTNFR2の追加解析でも一致した結果が得られました。これらの結果は、ランダム化試験が利用できない場合や実用的でない場合に、自発報告の安全性データと遺伝的因果推論を組み合わせる価値を支持しています。これらの実証的知見に加え、本研究は自発的報告薬剤監視データと遺伝的因果推論を統合するための再現可能なプロトコルフレームワークを提供します。このワークフローでは、FAERSは実際の有害事象報告パターンの特徴付けに用いられ、一方でメンデルランダム化はバイオマーカーや経路が臨床結果に独立した因果影響を及ぼす可能性を評価するために用いられます。したがって、このワークフローは特定のTNF関連研究課題を評価するだけでなく、無作為化試験が利用不可能、実現不可能、倫理的に困難な場合に安全性・シグナル評価や因果三角測量...

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開示事項

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著者たちは競合する利害関係を一切認めていない。

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
汎用実験室コンピュータワークステーション装備汎用実験室用コンピュータ該当なし
FDA有害事象報告システムデータベース公的薬物監視データベース米国食品医薬品局(FDA)https://fis.fda.gov/extensions/FPD-QDE-FAERS/FPD-QDE-FAERS.html
FAERS四半期ASCIIファイル公開薬物監視データファイル米国食品医薬品局(FDA)2014年第1四半期から2023年第4四半期まで、DEMO、DRUG、REAC、THER、RPSR、OUTCの表
MedDRA辞典バージョン26.1医療用語リソースMedDRA保守・支援サービス組織https://www.meddra.org/
IEU OpenGWAS データベース公開GWASデータベースMRC統合疫学ユニット、ブリストル大学https://gwas.mrcieu.ac.uk/
TNF-およびα;GWASの概要統計曝露GWASデータセットIEU OpenGWAS データベースGWAS ID: prot-c-3722_49_2
sTNFR1 GWAS要約統計曝露GWASデータセットIEU OpenGWAS データベースGWAS ID: prot-c-2654_19_1
sTNFR2 GWAS要約統計曝露GWASデータセットIEU OpenGWAS データベースGWAS識別番号:prot-c-3152_57_1
GWASカタログ公開GWASデータベースヨーロッパバイオインフォマティクス研究所https://www.ebi.ac.uk/gwas/
股関節骨折GWASの概要統計アウトカムGWASデータセットGWASカタログ登録番号:GCST90161240;https://www.ebi.ac.uk/gwas/studies/GCST90161240
Rバージョン4.3.2統計計算環境R統計計算財団https://www.r-project.org/
data.table パッケージRパッケージR パッケージリポジトリ / R コミュニティhttps://cran.r-project.org/package=data.table
DPLYRパッケージRパッケージR パッケージリポジトリ / R コミュニティhttps://cran.r-project.org/package=dplyr
ReadrパッケージRパッケージR パッケージリポジトリ / R コミュニティhttps://cran.r-project.org/package=readr
StringrパッケージRパッケージR パッケージリポジトリ / R コミュニティhttps://cran.r-project.org/package=stringr
vroomパッケージRパッケージR パッケージリポジトリ / R コミュニティhttps://cran.r-project.org/package=vroom
TwoSampleMR バージョン 0.5.6メンデルランダム化のためのRパッケージMRC統合疫学ユニットhttps://mrcieu.github.io/TwoSampleMR/
FAERS処理用のカスタムRスクリプト解析スクリプト研究著者による準備補足ファイルとして提供
メンデルランダム化のためのカスタムRスクリプト解析スクリプト研究著者による準備補足ファイルとして提供

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TNFTNFsTNFR1sTNFR2

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