阻塞性睡眠呼吸暫停（obstructive sleep apnea，OSA）是一種常見的睡眠呼吸障礙（sleep-disordered breathing，SDB）疾病，以夜間反復覺醒、打鼾、白天嗜睡等為主要臨床表現，可導致慢性間歇性低氧（chronic intermittent hypoxia，CIH）、高碳酸血癥甚至酸中毒等病理生理改變。據統計，目前已有超過17%的女性和超過34%的男性被診斷為OSA[1]。心血管疾病（cardiovascular diseases，CVD）的高發病率和高死亡率仍然是許多國家面臨的重大公共衛生問題之一。有調查顯示，美國因CVD死亡的人數占總死亡人數的比例高達31%[2]。OSA可以導致多種心血管不良結局事件的發生，如高血壓、心房顫動、冠心病、心力衰竭等，且重度OSA與CVD死亡率和全因死亡率的增加相關[3-5]。此外，OSA已被明確為系統性高血壓的病因之一[6]，與房顫的因果關系也被證實[7]。盡管OSA與許多CVD的臨床相關性被多次強調，但其是否具有因果關系尚不清楚。
孟德爾隨機化（Mendelian randomization，MR)是利用與暴露因素具有強相關的遺傳變異作為工具變量（instrumental variable，IV），借此推斷暴露因素與研究結局之間因果效應的一種研究方法。由于遺傳變異源自母代且保持不變，因此它既滿足時間順序的合理性，又不易受環境、行為等傳統混雜因素的影響[8]。本文通過多變量的兩樣本孟德爾隨機化（two-sample Mendelian randomization，TSMR）方法，探究OSA相關表型與不同CVD之間是否具有因果關聯。
1 資料與方法
1.1 暴露因素IV的選擇
我們使用單核苷酸多態性（single nucleotide polymorphism，SNP）作為孟德爾分析的遺傳IV，數據均來源于公開可用的GWAS數據庫。我們確定的暴露因素除OSA外，還包括它的兩個典型癥狀：打鼾和白天嗜睡[9]。OSA的SNP來源于FINNGen全基因組關聯研究[10]；打鼾與白天嗜睡的SNP均來源于英國生物樣本庫（UK Biobank，UKBB）GWAS數據庫[11]（表1）。使用R studio對暴露因素的GWAS數據進行提取，提取所得的SNP均與表型密切相關（P<5×10?8），且去除了連鎖不平衡（LD，r2<0.001，遺傳距離>10 000 kb）。經計算，F統計量均大于10，避免了弱IV偏倚的產生（表2）。
表1
納入樣本數據特征
表2
三種暴露因素的工具變量特征
1.2 結局數據的選擇
選擇4種常見的CVD作為結局進行TSMR，分別為高血壓、冠心病、心肌梗死以及心衰。冠心病和心肌梗死數據來源于FINNGen聯盟，高血壓和心衰數據來源于MRC-IEU數據庫（表1）。
1.3 統計分析
采用R 4.2.2、TwoSampleMR 0.5.6軟件進行統計分析。TSMR使用的IV必須滿足3條假設：① 必須與暴露因素密切相關；② 不與潛在的混雜因素相關；③ 不可以通過暴露以外的其他因素對結局產生影響[12]。使用隨機效應逆方差加權法（inverse variance weighting，IVW）、MR-Egger、加權中位數、加權模式法進行TSMR，以IVW方法的結果為主（P<0.05說明具有統計學意義）。該方法擬合時使用的權重為結局方差的倒數，回歸時不考慮截距項。基因多效性則通過MR-Egger回歸的截距項進行判斷，P<0.05說明存在水平多效性。使用Cochran’s Q統計量評估異質性，P<0.05說明存在異質性。采用“留一法”（即依次去除每個SNP，計算所剩SNP的合并效應）進行敏感性分析，評價單個SNP是否對暴露與結局的關系產生影響。
2 結果
分析結果顯示，OSA與高血壓［IVW β=0.043，95%CI（0.012，0.074），P=0.006］和心衰［IVW β=0.234，95%CI（0.015，0.452），P=0.036］，白天嗜睡與心衰［IVW β=1.139，95%CI（0.271，2.006），P=0.010］可能存在因果關系（見圖1），加權中位數法與IVW法結果相似，均具有統計學意義（P<0.05）。經Cochran’s Q檢驗，OSA與心衰、OSA與高血壓存在異質性（P<0.05）。MR-Egger截距項檢驗基因多效性結果顯示，OSA與高血壓（P=0.223）、OSA與心衰（P=0.817）、白天嗜睡與心衰（P=0.618）均不具有水平多效性，同時說明異質性對分析結果的影響不大。敏感性分析顯示，在依次剔除單個SNP后，OSA與高血壓、白天嗜睡與心衰的分析結果變化不大；OSA與心衰的分析結果顯示，分別剔除rs10507084、rs4837016、rs9937053三個SNP后，IVW方法的P值分別為0.100、0.103和0.254，提示OSA與心衰的因果關聯穩定性較差。
圖1
SNP對暴露和結果影響的散點圖
a：OSA與高血壓；b：OSA與心力衰竭；c：白天嗜睡與心力衰竭。
3 討論
OSA是一種影響全球近10億人的常見慢性病，患病率可高達50%以上[13]。目前OSA的診斷標準是《國際睡眠障礙分類》第三版（ICSD-3）[14]，但仍然存在嚴重的診斷不足[15]。研究表明，OSA不僅與肥胖、2型糖尿病等代謝性疾病相關，還與多種CVD發病率的增加獨立相關，給患者和社會帶來重大負擔[4]。OSA與高血壓、心衰、冠心病等CVD的強相關已被歐洲心臟病學會2021版臨床實踐心血管疾病預防指南（以下簡稱“指南”）明確標示[16]。本研究對OSA及其相關表型（打鼾、白天嗜睡）與高血壓、冠心病、心肌梗死、心力衰竭進行TSMR分析，在盡量排除混雜因素的基礎上探究其是否存在因果關聯。結果顯示，OSA是導致高血壓的重要病因之一，其主要癥狀白天嗜睡也在一定程度上加速了心衰的發生與發展。該結果進一步證實了OSA在CVD中的重要作用。
作為獨立危險因素之一，OSA可通過多種機制誘發或加重高血壓的發生[17]。頸動脈體（carotid body，CB）是重要的外周氧傳感器，越來越多的證據表明，CB異常增強的化學感覺能夠導致交感神經過度激活，從而增加高血壓、心衰、慢阻肺以及多種代謝疾病的發生率[18]。CIH作為核心病理改變，是OSA導致高血壓的主要因素[19]，CB在其中起著重要作用：CIH可以增強CB化學感受器細胞對缺氧的化學感覺反應性和興奮性，增強交感神經活動，進一步引發神經源性高血壓[20]。對大鼠進行CIH暴露后行CB消融術后，發現CIH誘發的自主神經失衡、高血壓、心律失常等效應被明顯削弱，血壓甚至恢復正常 [21]，說明CB是CIH誘發高血壓的重要介質，為OSA導致高血壓的發生奠定了重要的病理基礎。另外，有指南[16]指出，氣道正壓通氣能夠在一定程度上改善頑固性高血壓患者的血壓情況，反向證明了OSA是高血壓發病的重要因素之一。
OSA在心衰患者中的發病率同樣不容樂觀。盡管我們的研究未能證明兩者存在穩定的因果關聯，但進一步強調了二者的強相關性。在有癥狀的心衰患者中，近一半同時患有睡眠障礙，OSA約占三分之一[22]。交感神經興奮已被明確與OSA相關心衰有關[23]。有證據表明，無論是健康受試者還是小鼠，暴露于IH后均表現出交感神經激活[24-25]。另外，OSA患者若血壓控制不佳，長期血壓升高可致心肌細胞受損，高度活躍的交感神經促進神經內分泌因子激活，加速心肌重構，同樣促進心衰發生。OSA還可以通過炎癥、血小板功能異常、脂質代謝障礙、氧化應激、細胞凋亡、神經內分泌紊亂以及小分子RNA等途徑促進動脈粥樣硬化及冠心病的發生[26]，成為OSA相關心衰的發病基礎。Lancet報道，治療心衰患者的OSA可以抑制交感神經活性，改善左室收縮功能，減慢心衰的發展進程[27]。
白天嗜睡與CVD的關系也十分密切。早在2000年Newman等[28]的研究就發現白天嗜睡是唯一一個不僅與全因死亡率顯著相關，還同時與CVD的發病率和死亡率、心肌梗死以及充血性心力衰竭顯著相關的睡眠癥狀。在這項研究中，白天嗜睡與女性CVD的關系尤為突出，是老年女性CVD的獨立預測因子。在重度睡眠呼吸暫停患者（睡眠呼吸暫停低通氣指數，AHI≥20次/小時）中，白天過度嗜睡與老年人的全因死亡風險增加相關[29]。盡管如此，白天嗜睡致病機制的相關研究較少。它可能在SDB與高血壓之間起著重要的中介作用[30]：與無白天嗜睡的SDB患者相比，同時伴有白天嗜睡癥狀的SDB與高血壓的相關程度更高。其他研究[31]進一步證實了這一結論。因此，我們有理由推測，白天嗜睡可能具有促交感神經興奮、激活炎癥因子等作用，從而引發一系列病理變化，加速CVD的發生與發展。OSA的主要治療方式，如持續氣道正壓通氣可以通過改善血管功能、抑制炎癥及氧化應激等方式預防CVD或改善其預后[32-33]。但大型隨機對照試驗[34]結果顯示，持續氣道正壓通氣雖然明顯減少了白天嗜睡的發生、與健康生活和情緒改善相關，但并未發現其對CVD有預防作用。因此，白天嗜睡與心衰的因果關系仍需進一步研究探討。
此前已有研究通過單變量、多變量以及中介MR的方法對OSA與多種CVD進行分析，結果顯示，OSA與心衰、高血壓和房顫的發病相關，其中OSA與心衰的因果關系在調整多種風險因素后依然存在[35]。本文使用相同的OSA GWAS數據庫進行TSMR，不僅再次驗證了OSA與高血壓及心衰的相關性，還得到白天嗜睡同樣是心衰重要病因之一的結論。
本研究的局限性：① 研究人群均為歐洲人種，研究結論無法廣泛應用于其他種族；② 研究過程中選用的結局數據均為匯總結果，并未對暴露與具體分類的疾病進行研究，OSA與具體哪個類型的心力衰竭存在因果關聯尚不清楚；③ OSA的IV數量較少，在分析過程中出現了對結果影響較大的SNP，尚無法證明OSA與心衰存在穩定的因果關聯；④ 兩個陽性結果在不同統計方法所得結果不同，MR Egger與加權模式法兩種方法P>0.05，但其β值的方向與IVW法相同，敏感性分析證明結果穩定，但未來研究應通過擴大樣本量、分層以及調整統計量等多種方法減小異質性。
綜上所述，本研究結果顯示OSA和白天嗜睡對高血壓和心衰存在致病效應，其中心衰受影響最明顯。
阻塞性睡眠呼吸暫停（obstructive sleep apnea，OSA）是一種常見的睡眠呼吸障礙（sleep-disordered breathing，SDB）疾病，以夜間反復覺醒、打鼾、白天嗜睡等為主要臨床表現，可導致慢性間歇性低氧（chronic intermittent hypoxia，CIH）、高碳酸血癥甚至酸中毒等病理生理改變。據統計，目前已有超過17%的女性和超過34%的男性被診斷為OSA[1]。心血管疾病（cardiovascular diseases，CVD）的高發病率和高死亡率仍然是許多國家面臨的重大公共衛生問題之一。有調查顯示，美國因CVD死亡的人數占總死亡人數的比例高達31%[2]。OSA可以導致多種心血管不良結局事件的發生，如高血壓、心房顫動、冠心病、心力衰竭等，且重度OSA與CVD死亡率和全因死亡率的增加相關[3-5]。此外，OSA已被明確為系統性高血壓的病因之一[6]，與房顫的因果關系也被證實[7]。盡管OSA與許多CVD的臨床相關性被多次強調，但其是否具有因果關系尚不清楚。
孟德爾隨機化（Mendelian randomization，MR)是利用與暴露因素具有強相關的遺傳變異作為工具變量（instrumental variable，IV），借此推斷暴露因素與研究結局之間因果效應的一種研究方法。由于遺傳變異源自母代且保持不變，因此它既滿足時間順序的合理性，又不易受環境、行為等傳統混雜因素的影響[8]。本文通過多變量的兩樣本孟德爾隨機化（two-sample Mendelian randomization，TSMR）方法，探究OSA相關表型與不同CVD之間是否具有因果關聯。
1 資料與方法
1.1 暴露因素IV的選擇
我們使用單核苷酸多態性（single nucleotide polymorphism，SNP）作為孟德爾分析的遺傳IV，數據均來源于公開可用的GWAS數據庫。我們確定的暴露因素除OSA外，還包括它的兩個典型癥狀：打鼾和白天嗜睡[9]。OSA的SNP來源于FINNGen全基因組關聯研究[10]；打鼾與白天嗜睡的SNP均來源于英國生物樣本庫（UK Biobank，UKBB）GWAS數據庫[11]（表1）。使用R studio對暴露因素的GWAS數據進行提取，提取所得的SNP均與表型密切相關（P<5×10?8），且去除了連鎖不平衡（LD，r2<0.001，遺傳距離>10 000 kb）。經計算，F統計量均大于10，避免了弱IV偏倚的產生（表2）。
表1
納入樣本數據特征
表2
三種暴露因素的工具變量特征
1.2 結局數據的選擇
選擇4種常見的CVD作為結局進行TSMR，分別為高血壓、冠心病、心肌梗死以及心衰。冠心病和心肌梗死數據來源于FINNGen聯盟，高血壓和心衰數據來源于MRC-IEU數據庫（表1）。
1.3 統計分析
采用R 4.2.2、TwoSampleMR 0.5.6軟件進行統計分析。TSMR使用的IV必須滿足3條假設：① 必須與暴露因素密切相關；② 不與潛在的混雜因素相關；③ 不可以通過暴露以外的其他因素對結局產生影響[12]。使用隨機效應逆方差加權法（inverse variance weighting，IVW）、MR-Egger、加權中位數、加權模式法進行TSMR，以IVW方法的結果為主（P<0.05說明具有統計學意義）。該方法擬合時使用的權重為結局方差的倒數，回歸時不考慮截距項。基因多效性則通過MR-Egger回歸的截距項進行判斷，P<0.05說明存在水平多效性。使用Cochran’s Q統計量評估異質性，P<0.05說明存在異質性。采用“留一法”（即依次去除每個SNP，計算所剩SNP的合并效應）進行敏感性分析，評價單個SNP是否對暴露與結局的關系產生影響。
2 結果
分析結果顯示，OSA與高血壓［IVW β=0.043，95%CI（0.012，0.074），P=0.006］和心衰［IVW β=0.234，95%CI（0.015，0.452），P=0.036］，白天嗜睡與心衰［IVW β=1.139，95%CI（0.271，2.006），P=0.010］可能存在因果關系（見圖1），加權中位數法與IVW法結果相似，均具有統計學意義（P<0.05）。經Cochran’s Q檢驗，OSA與心衰、OSA與高血壓存在異質性（P<0.05）。MR-Egger截距項檢驗基因多效性結果顯示，OSA與高血壓（P=0.223）、OSA與心衰（P=0.817）、白天嗜睡與心衰（P=0.618）均不具有水平多效性，同時說明異質性對分析結果的影響不大。敏感性分析顯示，在依次剔除單個SNP后，OSA與高血壓、白天嗜睡與心衰的分析結果變化不大；OSA與心衰的分析結果顯示，分別剔除rs10507084、rs4837016、rs9937053三個SNP后，IVW方法的P值分別為0.100、0.103和0.254，提示OSA與心衰的因果關聯穩定性較差。
圖1
SNP對暴露和結果影響的散點圖
a：OSA與高血壓；b：OSA與心力衰竭；c：白天嗜睡與心力衰竭。
3 討論
OSA是一種影響全球近10億人的常見慢性病，患病率可高達50%以上[13]。目前OSA的診斷標準是《國際睡眠障礙分類》第三版（ICSD-3）[14]，但仍然存在嚴重的診斷不足[15]。研究表明，OSA不僅與肥胖、2型糖尿病等代謝性疾病相關，還與多種CVD發病率的增加獨立相關，給患者和社會帶來重大負擔[4]。OSA與高血壓、心衰、冠心病等CVD的強相關已被歐洲心臟病學會2021版臨床實踐心血管疾病預防指南（以下簡稱“指南”）明確標示[16]。本研究對OSA及其相關表型（打鼾、白天嗜睡）與高血壓、冠心病、心肌梗死、心力衰竭進行TSMR分析，在盡量排除混雜因素的基礎上探究其是否存在因果關聯。結果顯示，OSA是導致高血壓的重要病因之一，其主要癥狀白天嗜睡也在一定程度上加速了心衰的發生與發展。該結果進一步證實了OSA在CVD中的重要作用。
作為獨立危險因素之一，OSA可通過多種機制誘發或加重高血壓的發生[17]。頸動脈體（carotid body，CB）是重要的外周氧傳感器，越來越多的證據表明，CB異常增強的化學感覺能夠導致交感神經過度激活，從而增加高血壓、心衰、慢阻肺以及多種代謝疾病的發生率[18]。CIH作為核心病理改變，是OSA導致高血壓的主要因素[19]，CB在其中起著重要作用：CIH可以增強CB化學感受器細胞對缺氧的化學感覺反應性和興奮性，增強交感神經活動，進一步引發神經源性高血壓[20]。對大鼠進行CIH暴露后行CB消融術后，發現CIH誘發的自主神經失衡、高血壓、心律失常等效應被明顯削弱，血壓甚至恢復正常 [21]，說明CB是CIH誘發高血壓的重要介質，為OSA導致高血壓的發生奠定了重要的病理基礎。另外，有指南[16]指出，氣道正壓通氣能夠在一定程度上改善頑固性高血壓患者的血壓情況，反向證明了OSA是高血壓發病的重要因素之一。
OSA在心衰患者中的發病率同樣不容樂觀。盡管我們的研究未能證明兩者存在穩定的因果關聯，但進一步強調了二者的強相關性。在有癥狀的心衰患者中，近一半同時患有睡眠障礙，OSA約占三分之一[22]。交感神經興奮已被明確與OSA相關心衰有關[23]。有證據表明，無論是健康受試者還是小鼠，暴露于IH后均表現出交感神經激活[24-25]。另外，OSA患者若血壓控制不佳，長期血壓升高可致心肌細胞受損，高度活躍的交感神經促進神經內分泌因子激活，加速心肌重構，同樣促進心衰發生。OSA還可以通過炎癥、血小板功能異常、脂質代謝障礙、氧化應激、細胞凋亡、神經內分泌紊亂以及小分子RNA等途徑促進動脈粥樣硬化及冠心病的發生[26]，成為OSA相關心衰的發病基礎。Lancet報道，治療心衰患者的OSA可以抑制交感神經活性，改善左室收縮功能，減慢心衰的發展進程[27]。
白天嗜睡與CVD的關系也十分密切。早在2000年Newman等[28]的研究就發現白天嗜睡是唯一一個不僅與全因死亡率顯著相關，還同時與CVD的發病率和死亡率、心肌梗死以及充血性心力衰竭顯著相關的睡眠癥狀。在這項研究中，白天嗜睡與女性CVD的關系尤為突出，是老年女性CVD的獨立預測因子。在重度睡眠呼吸暫停患者（睡眠呼吸暫停低通氣指數，AHI≥20次/小時）中，白天過度嗜睡與老年人的全因死亡風險增加相關[29]。盡管如此，白天嗜睡致病機制的相關研究較少。它可能在SDB與高血壓之間起著重要的中介作用[30]：與無白天嗜睡的SDB患者相比，同時伴有白天嗜睡癥狀的SDB與高血壓的相關程度更高。其他研究[31]進一步證實了這一結論。因此，我們有理由推測，白天嗜睡可能具有促交感神經興奮、激活炎癥因子等作用，從而引發一系列病理變化，加速CVD的發生與發展。OSA的主要治療方式，如持續氣道正壓通氣可以通過改善血管功能、抑制炎癥及氧化應激等方式預防CVD或改善其預后[32-33]。但大型隨機對照試驗[34]結果顯示，持續氣道正壓通氣雖然明顯減少了白天嗜睡的發生、與健康生活和情緒改善相關，但并未發現其對CVD有預防作用。因此，白天嗜睡與心衰的因果關系仍需進一步研究探討。
此前已有研究通過單變量、多變量以及中介MR的方法對OSA與多種CVD進行分析，結果顯示，OSA與心衰、高血壓和房顫的發病相關，其中OSA與心衰的因果關系在調整多種風險因素后依然存在[35]。本文使用相同的OSA GWAS數據庫進行TSMR，不僅再次驗證了OSA與高血壓及心衰的相關性，還得到白天嗜睡同樣是心衰重要病因之一的結論。
本研究的局限性：① 研究人群均為歐洲人種，研究結論無法廣泛應用于其他種族；② 研究過程中選用的結局數據均為匯總結果，并未對暴露與具體分類的疾病進行研究，OSA與具體哪個類型的心力衰竭存在因果關聯尚不清楚；③ OSA的IV數量較少，在分析過程中出現了對結果影響較大的SNP，尚無法證明OSA與心衰存在穩定的因果關聯；④ 兩個陽性結果在不同統計方法所得結果不同，MR Egger與加權模式法兩種方法P>0.05，但其β值的方向與IVW法相同，敏感性分析證明結果穩定，但未來研究應通過擴大樣本量、分層以及調整統計量等多種方法減小異質性。
綜上所述，本研究結果顯示OSA和白天嗜睡對高血壓和心衰存在致病效應，其中心衰受影響最明顯。
