《Frontiers in Endocrinology》：Association of circadian rhythms, MTNR1B, BMAL1, BMAL2, and CRY2 gene polymorphisms and their interactions with type 2 diabetes in coal miners
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本文通過橫斷面與病例對照研究，首次在煤礦工人群體中構(gòu)建了晝夜節(jié)律紊亂綜合指標(biāo)（CICRD），揭示了CICRD及MTNR1B rs10830963、BMAL2 rs7958822、CRY2 rs11605924基因多態(tài)性是2型糖尿病（T2DM）的風(fēng)險因素。研究通過廣義多因子降維法（GMDR）發(fā)現(xiàn)基因-基因（如rs10830963-rs1387153-rs7958822-rs11605924）及基因-環(huán)境（如rs10830963-rs7950226-rs7958822-rs11605924-CICRD）的高階交互模型會顯著增加T2DM風(fēng)險，為職業(yè)人群T2DM的精準(zhǔn)預(yù)防提供了科學(xué)依據(jù)。
文章內(nèi)容歸納
背景
糖尿病以慢性高血糖為特征，全球患者數(shù)量巨大且持續(xù)增長。隨著現(xiàn)代生物-心理-社會醫(yī)學(xué)模式的推進(jìn)，研究開始關(guān)注2型糖尿病（T2DM）中多因素的復(fù)雜交互作用。輪班工作已被證實與T2DM的發(fā)病和進(jìn)展相關(guān)，其被國際癌癥研究機(jī)構(gòu)列為2A類致癌物。輪班工作會擾亂睡眠-覺醒模式，導(dǎo)致晝夜節(jié)律紊亂。除了輪班工作，睡眠障礙、睡眠不足以及夜間人工光源暴露也是導(dǎo)致晝夜節(jié)律紊亂的關(guān)鍵因素。
近年來，基因組學(xué)技術(shù)的進(jìn)步推動了與T2DM相關(guān)新基因和變異位點的發(fā)現(xiàn)。晝夜節(jié)律相關(guān)基因多態(tài)性與T2DM的關(guān)聯(lián)成為研究熱點，但在不同人群中，某些變異位點的風(fēng)險等位基因仍存在爭議。
煤炭工業(yè)是中國經(jīng)濟(jì)和能源供應(yīng)的支柱。輪班工作在煤礦工人中普遍存在，導(dǎo)致晝夜節(jié)律紊亂現(xiàn)象常見。本研究以京津冀職業(yè)健康影響隊列研究中的煤礦工人為對象，旨在探討晝夜節(jié)律紊亂及其相關(guān)基因多態(tài)性與T2DM風(fēng)險的關(guān)聯(lián)及交互作用，為煤礦工人T2DM的預(yù)防提供證據(jù)。
方法
研究人群：研究對象來源于京津冀職業(yè)健康影響隊列研究的基線數(shù)據(jù)。最初納入了4440名煤礦工人，經(jīng)過排除標(biāo)準(zhǔn)篩選后，共有4070名漢族煤礦工人被納入橫斷面研究。由于橫斷面研究發(fā)現(xiàn)，在男性工人中晝夜節(jié)律紊亂綜合指標(biāo)（CICRD）與T2DM風(fēng)險顯著相關(guān)，而在女性中不顯著，因此基于納入排除標(biāo)準(zhǔn)，從3878名男性煤礦工人中隨機(jī)抽取了424例病例和464例對照進(jìn)行病例對照研究。
T2DM與CICRD評估：T2DM的診斷依據(jù)中國T2DM防治指南。CICRD通過因子分析構(gòu)建，使用了輪班工作時間、夜班累計次數(shù)、夜班頻率與時長、夜間光源暴露、失眠狀況和平均睡眠時長共七個指標(biāo)。數(shù)據(jù)通過訪談收集并經(jīng)公司記錄核實。
協(xié)變量定義與分類：研究納入了人口統(tǒng)計學(xué)數(shù)據(jù)、生活方式行為、疾病史和職業(yè)暴露等多種協(xié)變量。
基因檢測：從全血中提取基因組DNA，基于次要等位基因頻率和連鎖不平衡系數(shù)，選擇了MTNR1B基因的rs10830963和rs1387153、BMAL1基因的rs11022775和rs7950226、BMAL2基因的rs7958822以及CRY2基因的rs11605924共六個單核苷酸多態(tài)性（SNP）進(jìn)行檢測。
CICRD的建立：數(shù)據(jù)通過了KMO檢驗和Bartlett球形檢驗，適合進(jìn)行因子分析。基于七個指標(biāo)建立了CICRD，通過主成分分析提取出三個公因子：F1（輪班工作因子）、F2（睡眠因子）和F3（光源暴露因子）。最終歸一化的CICRD得分可解釋原始數(shù)據(jù)79.771%的方差。
統(tǒng)計分析：連續(xù)變量和分類變量采用相應(yīng)的檢驗進(jìn)行比較。采用Logistic回歸模型探討影響因素與T2DM的關(guān)聯(lián)。采用限制性立方樣條函數(shù)模型分析CICRD與T2DM之間的劑量-反應(yīng)關(guān)系。使用哈迪-溫伯格平衡檢驗評估對照組是否為目標(biāo)人群的隨機(jī)樣本。采用Logistic回歸結(jié)合SNPStats軟件分析目標(biāo)SNP與T2DM的關(guān)聯(lián)。采用交叉分類、乘法和加法交互作用模型以及廣義多因子降維法評估基因-基因和基因-環(huán)境交互作用。
結(jié)果
橫斷面和病例對照研究參與者的人口學(xué)特征：橫斷面研究顯示，男性工人年齡更大，T2DM患病率（16.7%）高于女性（12.5%）。病例對照研究中，病例組的CICRD得分顯著高于對照組，且兩組在年齡、收入、吸煙、血脂異常、肝功能異常、高血壓、肥胖、糖尿病家族史和噪音暴露等方面存在顯著差異。
CICRD與T2DM的關(guān)聯(lián)分析：CICRD與煤礦工人T2DM風(fēng)險呈正線性關(guān)系。與CICRD得分低于“0.1839”的工人相比，得分在“0.2782~”和“≥0.3848”的工人，其T2DM風(fēng)險分別增加了1.43倍和2.43倍。亞組敏感性分析結(jié)果與主要發(fā)現(xiàn)一致。
目標(biāo)SNP與T2DM的關(guān)聯(lián)及交互作用：在優(yōu)勢模型中，rs10830963的CG/GG基因型、rs7958822的GA/AA基因型和rs11605924的AC/CC基因型與T2DM風(fēng)險增加顯著相關(guān)。而rs1387153、rs11022775和rs7950226在任何遺傳模型下均未顯示與T2DM有統(tǒng)計學(xué)顯著關(guān)聯(lián)。
當(dāng)rs10830963 CG+GG與rs7958822 GA+AA、rs11605924 AC+CC組合，或rs7958822 GA+AA與rs11605924 AC+CC組合時，T2DM風(fēng)險顯著增高。rs10830963與rs11605924之間、rs7958822與rs11605924之間存在正向交互作用。
GMDR分析顯示，四因子模型（rs10830963-rs1387153-rs7958822-rs11605924）具有統(tǒng)計學(xué)顯著性，且交叉驗證一致性達(dá)91.67%，是最優(yōu)的高階交互模型。在該模型中，與野生純合基因型相比，攜帶純合突變基因型的煤礦工人T2DM風(fēng)險增加了3.10倍。
桑基圖直觀展示了環(huán)境與遺傳因素的交互影響。長期、高頻夜班、嚴(yán)重失眠和短睡眠環(huán)境，結(jié)合MTNR1B的G/G基因型、BMAL2的A/A基因型和CRY2的C/C基因型，是流向“T2DM”的較粗線條，代表T2DM的高危組合。
CICRD與各基因位點的交互作用分析：CICRD ≥ 0.2782分別與rs10830963 CG+GG、rs1387153 CT+TT、rs7958822 GA+AA和rs11605924 AC+CC基因型組合時，T2DM風(fēng)險顯著高于CICRD < 0.2782與相應(yīng)參考基因型的組合。然而，本研究未發(fā)現(xiàn)CICRD與單個基因位點之間存在顯著的加性或乘性交互作用。
GMDR分析進(jìn)一步確定，五因子模型（rs10830963-rs7950226-rs7958822-rs11605924-CICRD）具有統(tǒng)計學(xué)顯著性，且交叉驗證一致性達(dá)100%，是最優(yōu)的高階交互模型。在該模型中，與CICRD < 0.2782且攜帶純合野生基因型的煤礦工人相比，CICRD ≥ 0.2782且攜帶純合突變基因型的工人，其T2DM風(fēng)險增加了7.38倍。
討論
本研究基于七個指標(biāo)通過因子分析構(gòu)建的CICRD，捕獲了原始數(shù)據(jù)79.771%的信息。CICRD及MTNR1B rs10830963、BMAL2 rs7958822和CRY2 rs11605924的基因變異均與煤礦工人T2DM風(fēng)險顯著相關(guān)。值得注意的是，基因-基因四因子交互模型和CICRD-基因五因子交互模型均與煤礦工人T2DM風(fēng)險顯著相關(guān)。
研究表明，減少輪班工作強(qiáng)度和頻率、改善睡眠質(zhì)量、避免睡眠剝奪和夜間光源暴露有助于減輕晝夜節(jié)律紊亂，從而有益于預(yù)防煤礦工人T2DM。CICRD為評估煤炭行業(yè)乃至其他行業(yè)的晝夜節(jié)律紊亂提供了基礎(chǔ)和標(biāo)準(zhǔn)，同時也為篩查T2DM高危人群提供了科學(xué)依據(jù)。
MTNR1B編碼褪黑素受體1B，參與胰島素分泌調(diào)控。既往研究與本研究結(jié)果一致，發(fā)現(xiàn)rs10830963的G等位基因是不同人群中空腹血糖升高和T2DM的風(fēng)險因素。動物研究也提示褪黑素可能通過影響胰島素水平和葡萄糖耐量發(fā)揮作用。
BMAL1和BMAL2是核心時鐘基因組件。盡管動物研究提示其可能影響葡萄糖和胰島素代謝，但關(guān)于BMAL1變異位點與T2DM關(guān)聯(lián)的研究較少且結(jié)論不一致，本研究也未發(fā)現(xiàn)顯著關(guān)聯(lián)。BMAL2 rs7958822的A等位基因在亞洲肥胖人群中被發(fā)現(xiàn)與T2DM相關(guān)，這與本研究的發(fā)現(xiàn)一致，提示遺傳易感性可能存在種族差異。
CRY2是核心時鐘的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄抑制因子。關(guān)于rs11605924等位基因與T2DM風(fēng)險的關(guān)聯(lián)在不同人群中報道不一致，本研究支持C等位基因是風(fēng)險等位基因。
這些基因除了在晝夜節(jié)律調(diào)節(jié)和葡萄糖代謝中發(fā)揮作用外，還嵌于調(diào)控攝食行為的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中。此外，這些基因的變異可能通過影響血壓、核心體溫和夜間褪黑素分泌等關(guān)鍵生理節(jié)律標(biāo)志物，導(dǎo)致晝夜節(jié)律失調(diào)，進(jìn)而損害葡萄糖代謝和胰島素敏感性，構(gòu)成連接基因多態(tài)性與代謝功能障礙的額外機(jī)制通路。
本研究首次報道了具有顯著交互作用的四因子基因模型，將特定基因型組合與T2DM風(fēng)險增加聯(lián)系起來。關(guān)注基因型組合對于識別高危人群至關(guān)重要。
晝夜節(jié)律是由相互作用的時鐘蛋白與外部環(huán)境因素共同作用的轉(zhuǎn)錄-翻譯反饋環(huán)產(chǎn)生的。本研究發(fā)現(xiàn)的五因子交互模型表明，純合突變基因型與高CICRD評分（≥0.2782）的組合標(biāo)志著煤礦工人極高的T2DM風(fēng)險。這為職業(yè)人群T2DM的精準(zhǔn)預(yù)防，特別是對不適合輪班工作的高危遺傳組合進(jìn)行篩查，提供了重要科學(xué)證據(jù)。
局限性
本研究存在一些局限性。首先，女性參與者數(shù)量有限，未觀察到CICRD與T2DM的顯著關(guān)聯(lián)，主要結(jié)論基于男性群體，未來需要針對女性進(jìn)行大規(guī)模研究。其次，自報數(shù)據(jù)可能導(dǎo)致錯誤分類偏倚。第三，研究對象是相對健康的中國煤礦工人群體，可能存在健康工人效應(yīng)，限制了結(jié)論的普遍性。第四，作為橫斷面研究，無法確定暴露與結(jié)局之間的因果關(guān)系。最后，T2DM病程漫長，可能導(dǎo)致處于前驅(qū)糖尿病階段的個體被錯誤分類為非病例，造成選擇偏倚。
結(jié)論
CICRD捕獲了七個晝夜節(jié)律紊亂評估指標(biāo)79.771%的信息。較高的CICRD評分以及MTNR1B rs10830963、BMAL2 rs7958822和CRY2 rs11605924的變異均與T2DM風(fēng)險增加相關(guān)。四因子基因-基因模型（rs10830963-rs1387153-rs7958822-rs11605924）和五因子CICRD-基因模型（rs10830963-rs7950226-rs7958822-rs11605924-CICRD）與煤礦工人T2DM風(fēng)險增加顯著相關(guān)。CICRD為評估煤礦工人晝夜節(jié)律紊亂和識別T2DM高危個體提供了標(biāo)準(zhǔn)和理論依據(jù)。T2DM易感基因及其交互作用的識別提示，攜帶高危基因組合的個體不適合從事輪班工作，這為煤礦工人T2DM的精準(zhǔn)預(yù)防提供了科學(xué)證據(jù)。
