$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Badanie to analizowało publicznie dostępne statystyki z odizolowanych, podsumowanych badań asocjacyjnych (GWAS). Zgodnie z polityką repozytorium oraz zatwierdzeniami uzyskanymi przez pierwotnych badaczy, nie była wymagana żadna nowa instytucjonalna zgoda komisji przeglądowej ani dodatkowa indywidualna świadoma zgoda na tę analizę wtórną. Wszystkie współdziałające GWAS w swoich publikacjach źródłowych opisywały procedury zatwierdzania i zgody etyki. Wszystkie analizy przeprowadzono zgodnie z wytycznymi instytucjonalnymi oraz Deklaracją Helsińską.
Przegląd i uzasadnienie
Badanie wdrożyło dwukierunkowy, dwupróbkowy model randomizacji mendelowskiej (MR), ograniczony do podsumowania europejskiego pochodzenia w celu oceny potencjalnych związków przyczynowych między stwardnieniem rozsianym (MS) a nowotworami hematologicznymi (HM). Projekt opiera się na trzech podstawowych założeniach MR: relewancji instrumentu, niezależności od zakłóceń oraz ograniczeniu wykluczenia. Workflow obejmuje więc (i) dostęp do zbiorów danych i ich kurację, (ii) wybór instrumentów o istotności dla całego genomu przy zgrupowaniu (LD), (iii) przesiew zakłóceń za pomocą PhenoScanner, (iv) harmonizację alleli z wyraźnym traktowaniem wariantów palindromicznych, (v) ocenę kierunkowości za pomocą testu Steigera¹², (vi) pierwotną estymację MR metodami uzupełniającymi, (vii) pełny zestaw diagnostyk czułości, oraz (viii) standaryzowane generowanie figurek i tabel pod kontrolą wielokrotnych testów. Każdy z tych kroków jest szczegółowo opisany w kolejnych podsekcjach protokołu, a przegląd potoku przedstawiono na Rysunku 1.
Materiały, oprogramowanie i RRID-y
Analizy przeprowadzono w wersji R 4.3.1 (RRID:SCR_001905) z użyciem RStudio/Posit 2023.12+ (RRID:SCR_000432). Zgrupowanie LD, wykonywane lokalnie, wykorzystywało PLINK v1.9 (wersja 2.3; RRID:SCR_001757)13. Estymacja MR i ekstrakcja danych wykorzystywały pakiet R TwoSampleMR v0.5.7 10; wyszukiwanie w instrumentach potencjalnych czynników zakłócających z wykorzystaniem fenoskanera v1.0; wykrywanie i korekcja wartości odstających stosowana przez MRPRESSO v1.0. Dokładne wersje są podawane dla pakietów bez RRID.
Źródła danych i dostęp
Statystyki podsumowujące SM zostały uzyskane z metaanalizy International Multiple Sclerosis Genetics Consortium, obejmującej 47 429 przypadków SM i 68 374 kontrolnych z ujednoliconą kontrolą jakości w 15 kohortach. Podsumowanie HM pozyskano z FinnGen (łącznie n = 218 792; >16 milionów wariantów) i obejmowało chłoniaka Hodgkina (HL), rozlanego chłoniaka dużych komórek B (DLBCL), chłoniaka pęcherzykowego (FL), dojrzałe chłoniaki T/NK-komórkowe (MTNKL), inne lub nieokreślone chłoniaki nie-Hodgkina (NHL), białaczkę limfatyczną, białaczkę szpikową, białaczkę nieokreśloną typu komórkową oraz szpiczaka mnogiego/nowotwory komórek plazmatycznych14. Zbiory danych były dostępne przez portal IEU OpenGWAS przy użyciu udokumentowanych identyfikatorów przystąpień15. Wszystkie analizy w tym badaniu opierały się więc wyłącznie na tych publicznie dostępnych zbiorach danych GWAS na poziomie sumycznym; Nie wykorzystano ani nie wygenerowano danych dotyczących kohorty instytucjonalnej ani indywidualnej pacjentki. Ponieważ nie zidentyfikowaliśmy dodatkowych GWAS z ujednoliconymi definicjami podtypów SM i nowotworów hematologicznych, które umożliwiłyby pełną replikację pipeline, nie przeprowadzono niezależnej zewnętrznej walidacji z użyciem osobnego zbioru danych i jest uznawane za ograniczenie. Protokół jest napisany tak, aby mógł być bezpośrednio ponownie stosowany do przyszłych zbiorów danych GWAS w celu niezależnej walidacji.
Wybór instrumentów i zlepianie LD
Dla każdej ekspozycji wybrano polimorfizmy pojedynczych nukleotydów (SNP) o istotności ogólnogenomowej (P < 5 × 10-8), używając funkcji extract_instruments w TwoSampleMR zastosowanej do zbiorów danych OpenGWAS. Aby zapewnić niezależność od instrumentów, następnie wykonano zgrupowanie LD na panelu referencyjnym europejskiego pochodzenia, korzystając albo z wewnętrznych narzędzi do grupowania TwoSampleMR, albo lokalnie z PLINK, z progiem r² 0,001 i fizycznym oknem 10 000 kilobaz. Gdy używano PLINK, parametry wiersza poleceń ustawiano na próg istotności podstawowej 5 × 10-8, r² = 0,001 oraz okno 10 Mb, tak aby zgrupowane instrumenty dokładnie odpowiadały tym kryteriom. Wytrzymałość instrumentu oceniono na podstawie statystyki F wyprowadzonej z oszacowania efektu ekspozycji i jej błędu standardowego (F ≈ β²/SE²); warianty z F < 10 zostały wykluczone z ostatecznych zestawów instrumentów, a pozostałe SNP przeniesiono do testów PhenoScanner.
Przesiewowe badania kondykcyjne za pomocą PhenoScanner
Aby zminimalizować poziomą plejotropię ze względu na znane czynniki ryzyka, każdy kandydujący instrument był badany w PhenoScanner V2 w katalogu GWAS, używając pakietu R do fenoskanera (v1.0)16,17. Dla każdego SNP zażądaliśmy wszystkich zgłoszonych skojarzeń na P < 1 × 10⁻5 i ręcznie sprawdzaliśmy zwrócone cechy. Powiązania wskazujące na powiązania z ustalonymi hematologicznymi czynnikami ryzyka nowotworów – takimi jak narażenie na palenie lub cechy tłuszczowe/antropometryczne (np. wskaźnik masy ciała, obwód talii i pomiary tkanki tłuszczowej) – lub bezpośrednie powiązania z hematologicznymi fenotypami nowotworów spowodowały wykluczenie odpowiadającego SNP z zestawuinstrumentów 18. Kategorie cech uznane za wykluczające opierały się na wcześniejszych dowodach łączących otyłość i palenie z białaczką, chłoniakiem lub szpiczakiem 18,19,20. Zapytania używały szerokich słów kluczowych (np. dym, papieros, BMI, otyłość, talia, tłuszcz, złośliwość hematologiczna, chłoniak, białaczka, szpiczak). Wszystkie usunięcia były dokumentowane w arkuszu kalkulacyjnym wraz z cechą PhenoScanner, która wywoływała wykluczenie, a wyczyszczone listy instrumentów przekazywano do etapu harmonizacji.
Harmonizacja i obsługa palindromowa
Allele efektów dla każdego SNP zostały zharmonizowane pomiędzy zestawami danych ekspozycji i wyników za pomocą funkcji harmonise_data w pakiecie TwoSampleMR (v0.5.7, R). Wszystkie allele wynikowe dopasowaliśmy do allelu efektu ekspozycji tak, aby dodatnie współczynniki beta zawsze odpowiadały temu samemu allelowi w obu zbiorach danych. Warianty palindromiczne (A/T lub C/G) z pośrednimi częstotliwościami alleli efektu (0,42-0,58) w panelu referencyjnym OpenGWAS były traktowane jako niejednoznaczne i automatycznie usuwane przez ustawienie działania harmonizacji na usunięcie niejednoznacznych SNP. Palindromiczne SNP z częstotliwościami alleli efektów poza tym zakresem zostały zachowane i wyrównane z wykorzystaniem zgłoszonych częstotliwości alleli. Ponieważ dostępność alleli i status palindromiczny różniły się nieznacznie w zależności od wyników FinnGen, harmonizacja przeprowadzono osobno dla każdego fenotypu HM, a ostateczna liczba instrumentów wprowadzających do analizy specyficznej dla każdego wyniku została wyodrębniona z harmonizowanych obiektów R i przedstawiona w tabelach.
Ocena kierunkowości (filtrowanie Steigera)
Kierunkowość była oceniana za pomocą podejścia Steigera zaimplementowanego w funkcji steiger_filtering TwoSampleMR. Dla każdego SNP funkcja najpierw obliczała wariancję wyjaśnioną (R²) ekspozycji oraz wynik z współczynnika beta GWAS, błędu standardowego i wielkości próby. Następnie badanie usunęło instrumenty, dla których R² było większe w wyniku niż w ekspozycji, co wskazywało na możliwy odwrotny kierunek efektu. Filtrowanie Steigera było stosowane osobno dla każdego zbioru danych wyników, a pozostałe instrumenty (wiersze z steiger_dir == TRUE) zostały zapisane i wykorzystane w kolejnych analizach MR. Liczenia po Steigerze były rejestrowane dla każdego wyniku i są raportowane równolegle z szacunkami MR.
Estymacja MR pierwotna i kontrola wielokrotnych testów
Podstawowe oszacowania przyczynowe uzyskano za pomocą MR ważonej odwrotną wariancją (IVW) w modelu o stałych efektach, używając funkcji mr w TwoSampleMR, z metodami określonymi jako "mr_ivw", "mr_egger_regression" i "mr_weighted_median". Dla każdego wyniku HM harmonizowane i filtrowane przez Steigera instrumenty były przekazywane do metody mr, a logarytmiczne ilorazy szans i błędy standardowe były wyodrębniane i wykładnicze, aby uzyskać ilorazy szans (OR) z 95% przedziałami ufności (CI) dla cechbinarnych 21. Aby zbadać odporność na niewielkie naruszenia założenia braku plejotropii, zastosowaliśmy dodatkowo estymatory regresji ważonej mediany oraz MR-Eggerregresji 22,23, zaimplementowane w tym samym zestawie. Gdy test Q Cochrana (z mr_heterogeneity) wykazał znaczną heterogeniczność (P < 0,05), badanie dopasowało również modele IVW o multiplikatywnych efektach losowych i wykazało zarówno wyniki o stałych, jak i losowych efektach. Błąd rodzinny w dziewięciu wynikach HM był kontrolowany za pomocą korekcji Bonferroniego z α = 0,05/9 = 5,56 × 10-3; powiązania z wartościami P poniżej tego progu uznano za istotne statystycznie, natomiast te z 0,0056 ≤ P < 0,05 interpretowano jako sugestywne i opisano ostrożnie.
Diagnostyka wrażliwości: heterogeniczność, plejotropia i wartości odstające
Statystyka Q Cochrana została wykorzystana do oceny heterogeniczności między instrumentami zarówno dla modeli IVW, jak i MR-Eggera, zaimplementowanych za pomocą funkcji mr_heterogeneity w TwoSampleMR. Kierunkowa plejotropia pozioma została oceniona za pomocą testu przecięcia MR-Egger (mr_pleiotropy_test) oraz testu globalnego w pakiecie MR-PRESSO24. MR-PRESSO24 został przeprowadzony z zalecanymi ustawieniami w R (NbDistribution ≥ 5 000, SignifThreshold = 0,05) w celu wykrycia wpływowych wartości odstających oraz kwantyfikacji potencjalnych zniekształceń poprzez porównanie szacunków IVW przed i po usunięciu odstających25. Analizy "leave-one-out" (mr_leaveoneout) zostały przeprowadzone dla każdej pary ekspozycja-wynik, aby ustalić, czy pojedynczy SNP nieproporcjonalnie wpływał na ogólną szacunkową ocenę. Dla przejrzystości i powtarzalności wszystkie wyniki diagnostyczne zostały wyeksportowane z R i raportowane razem z odpowiadającą liczbą instrumentów po harmonizacji, filtrowaniu Steigera oraz usunięciu odstających MR-PRESSO.
Ocena wytrzymałości instrumentów i NOME
Wytrzymałość instrumentu dla MR-Egger została zmierzona za pomocą statystyki I2GX, obliczonej jako 1 minus średnia kwadratowych błędów standardowych powiązań SNP-ekspozycji podzielonych przez ich wariancję na przyrządach26. Wartości bliższe 1 wskazują na lepszą zgodność z założeniem Brak Błędu Pomiarowego (NOME); niższe wartości sugerują możliwe rozcieńczenie regresji i wywołują ostrożną interpretację wyników MR-Eggera. I2GX zostało obliczone i zgłoszone dla każdej analizy specyficznej dla wyniku.
Odwrotna randomizacja mendelowska
Cały proces powtarzano w odwrotnym kierunku, traktując każdy podtyp HM jako ekspozycję, a MS jako wynik. Gdy instrumenty istotne dla całego genomu były niewystarczające dla danej ekspozycji HM, dopuszczalno zrelaksowany próg selekcji P < 5 × 10-6 , przy zachowaniu tych samych parametrów zgrupowania LD, przesiewowych metod PhenoScanner, procedur harmonizacji, filtrowania Steigera oraz diagnostyki czułości. Analizy wykorzystujące zrelaksowane progi były wyraźnie oznaczone w odpowiadających tabelach i legendach rysunków.
Wizualizacja i eksport rysunków
Generowano wykresy scatter, forest, funnel i leave-one-out z legendami umieszczonymi pod panelami i dostosowano rozmiary czcione, aby etykiety nie zasłaniały danych z wykresów. Ograniczenia osi zostały ustandaryzowane dla porównywalnych wyników, aby ułatwić porównanie wizualne. Figurki eksportowano z co najmniej 300 dpi w formatach bezstratnych, takich jak TIFF lub PNG. Wszystkie wykreślone wartości liczbowe zostały porównane z raportowanymi szacunkami, aby zapewnić spójność między tekstem, tabelami i ilustracjami.
Powtarzalność i udostępnianie danych
Przypadkowe seedy były naprawiane tam, gdzie to było możliwe, nagrywano wersje oprogramowania, a skrypty analizy wraz z obiektami pośrednimi archiwizowano, aby umożliwić ponowne uruchomienie wszystkich kroków. Dokumentowano identyfikatory przystępów do zbiorów danych i definicje fenotypów, a listy instrumentów na każdym etapie filtrowania – po grupowaniu, po harmonizacji, filtrowaniu po Steigerze i po MR-PRESSO – przygotowywano do przesyłania jako pliki arkuszy kalkulacyjnych zgodnie z wytycznymi czasopism.