特发性突发性感音神经性耳聋(idiopathic sudden sensorineural hearing loss,ISSNHL)是一种突然发生且病因不明的感音神经性听力损失。主要临床表现为单侧或双侧听力下降,可能伴随耳鸣、耳闷感、眩晕、恶心及呕吐症状
[1-4]。ISSNHL的病因尚不明确,但已发现若干潜在诱因包括病毒感染、循环障碍、自身免疫及膜迷路破裂等
[5-8]。近年来,针对该疾病的研究重点在于探索其与免疫相关及炎症性疾病及免疫细胞功能的潜在关联
[9-10]。然而现有研究仅聚焦于有限的免疫性疾病及免疫细胞功能,未考量其他暴露因素对ISSNHL的影响。鉴于ISSNHL与免疫因素存在一定相关性,深入探究免疫相关疾病及炎症性疾病与ISSNHL之间的潜在因果关系具有重要临床与科学意义。然而,目前关于免疫细胞在这一过程中所发挥的具体作用机制,仍缺乏充分的证据支持,亟需进一步系统研究以阐明其机理。
观察性研究可发现关联性,但难以确立因果关系。随机对照试验虽然是因果推断的金标准,但受限于伦理、样本量等因素,常难以直接用于疾病病因分析。孟德尔随机化(Mendelian randomization,MR)利用等位基因在减数分裂中随机分配的特性,能有效降低混杂变量及反向因果关系的影响,为因果推断提供可靠证据
[11]。本研究基于全基因组关联研究(genome-wide association study,GWAS)汇总数据,选取12种免疫相关及炎症性疾病和731种免疫细胞作为工具变量,采用双样本双向MR方法系统评估其与ISSNHL的因果关联及潜在中介机制,期望为揭示ISSNHL的免疫学发病机制提供新证据,并为临床早期识别高危人群及制定针对性干预策略奠定理论基础。
1 对象与方法
1.1 数据来源
采用已发表的GWAS数据库(
https://gwas.mrcieu.ac.uk),遴选与各表型相关的遗传变异作为单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphisms,SNPs)工具变量(
表1)。所涉及的12种免疫相关及炎症性疾病、免疫细胞特征及特发性突发性感音神经性听力丧失的汇总数据均来源于GWAS数据库(
https://gwas.mrcieu.ac.uk)。GWAS目录为每项免疫暴露(编号从GCST0001391至GCST0002121)提供了公开可用的汇总统计数据
[12]。共包含731种免疫表型,涵盖绝对细胞计数(absolute cell count,AC,n=118)、反映表面抗原水平的中位荧光强度(median fluorescence intensity,MFI,n=389)、形态参数(morphological parameters,MP,n=32)及相对细胞计数(relative cell count,RC,n=192)。具体而言,MFI、AC和RC特征涵盖B细胞、细胞毒性T细胞、T细胞成熟阶段、单核细胞、髓系细胞、淋巴细胞亚群(包括T细胞、B细胞、自然杀伤细胞)及调节性T细胞;而MP特征包含常规树突状细胞和淋巴细胞亚群。针对免疫性状的初始全基因组关联分析采用3 757例欧洲个体数据完成,未涉及重叠队列。通过高密度芯片对约2 200万个SNP进行基因分型
[13]。为控制潜在混杂因素,在调整协变量(即性别、年龄及年龄平方)后进行关联性检验。
与ISSNHL相关的遗传信息取FinnGen数据库R10版本的摘要数据,该数据可通过GWAS目录(
https://www.finngen.fi)获取。本研究采用的最新GWAS数据共365 481例参与者,其中病例组3 128例,对照组362 353例
[14]。为避免不同遗传背景导致的混杂偏倚,本研究仅选用针对欧洲血统人群开展的GWAS汇总统计数据。这些数据来源于不同的研究联盟或队列,确保样本间无重叠。
1.2 研究设计
本研究严格遵循MR的3项核心假设
[15]。(1)关联性假设:选取的工具变量(SNPs)必须与暴露因素存在强相关性,本研究通过剔除
F<10的弱工具变量来满足此假设;(2)独立性假设:选取的SNPs必须与潜在的混杂因素相互独立,本研究通过设置严格的连锁不平衡阈值(
r2<0.001,kb>10 000)来保证独立性;(3)排他性假设:SNPs仅能通过研究的暴露因素影响结局(ISSNHL),本研究后续通过MR-Egger截距检验等敏感性分析来排除水平多效性的干扰。基于GWAS汇总数据,筛选出与12种免疫及炎症性疾病显著相关的SNPs作为工具变量。通过双样本MR分析,系统探讨上述疾病及免疫细胞与突发性耳聋之间的因果关联,并进一步采用两步法验证免疫细胞在其中的潜在中介作用(
图1)。
1.3 工具变量筛选
全基因组显著性阈值初始设定为
P<5×10
-8,若每个暴露变量仅能获得少量SNP位点,将筛选阈值放宽至次级显著性水平(
P<5×10
-6),以确保有足够的次级工具变量进行后续分析。此外,鉴于连锁不平衡的存在(即两个或多个基因座的等位基因在染色体上同时出现的概率高于随机发生频率),为排除连锁不平衡影响,将设定
r2<0.001且kb>10 000的条件,以确保每个SNP的独立性。最后,为避免弱工具变量干扰,本研究计算了
F统计量。该统计量通过
F=(beta/SE)
2公式计算,适用于每个暴露因素关联的SNP位点
[16]。本研究中排除了
F统计量低于10的弱工具变量
[17-18]。
1.4 统计学方法
MR分析采用R软件(4.3.3版本)及“two-sample MR”程序包(0.5.11版本)完成,主要运用逆方差加权法(inverse variance weighting,IVW)、孟德尔随机化Egger回归(Mendelian randomization-egger,MR-Egger)检验法与加权中位数法三种统计方法,分析流程示意图见
图2。通过双样本MR分析评估12种免疫相关及炎症性疾病与ISSNHL的因果关系,采用meta分析整合各SNP的因果效应后获得IVW总效应估计值。IVW模型根据异质性情况分为两类:存在异质性时采用随机效应模型,无异质性时采用固定效应模型。本研究以IVW作为主要分析方法,同时辅以MR-Egger法和加权中位数法,基于不同的有效性假设获得MR估计值
[19]。IVW默认所有SNP均为有效工具变量,
P<0.05时判定为阳性结果。MR-Egger法用于评估工具变量的水平多效性,其截距可解释为遗传变异平均多效性的估计值
[20-21]。加权中位数法在保持较高精确度(标准差较小)的同时,即使存在50%无效工具变量时仍能提供一致的估计值
[22]。
为了评估特定免疫细胞在免疫相关及炎症性疾病与ISSNHL发病风险之间的潜在中介作用,本研究采用两步法孟德尔随机化设计构建中介效应模型
[23]。在具体的效应值分解与提取过程中,首先评估暴露因素(疾病)对结局(ISSNHL)的总因果效应,记为beta_c(即
图2中的路径c)
[11];其次分别评估暴露因素对潜在中介变量(免疫细胞特征)的因果效应(记为beta_a,即
图2中的路径a),以及中介变量对结局的因果效应(记为beta_b,即
图2中的路径b)。在量化具体的中介效应时,本研究采用乘积法,即暴露因素通过免疫细胞传递至结局的间接效应(中介效应)由上述两步的效应值相乘得出(公式为:beta_indirect=beta_a×beta_b),并严格运用Delta法计算该间接效应的标准误差及其95%置信区间。根据中介分析原理,总效应可分解为不经中介的直接效应(
图2中的c')与经中介的间接效应
[24],最终通过间接效应与总效应的比值来明确中介变量的相对贡献度,公式为:中介效应占比=(beta_a×beta_b)/beta_c。
此外,在评估12种免疫相关及炎症性疾病与731种免疫细胞特征的因果效应时,考虑到这731种免疫性状之间存在高度的生物学相关性与共线性,严格的多重比较校正可能会过度保守,从而增加假阴性率并掩盖真实的潜在生物学信号。因此,鉴于本研究的中介分析具有探索性与假说生成性的目的,主要采用原始显著性阈值(P<0.05)来筛选候选免疫细胞特征进入下游的中介分析模型。
1.5 敏感性分析
采用Cochran’s
Q统计量评估工具变量的异质性
[25]。若Cochran’s
Q统计量具有统计学意义(
P<0.05),表明存在异质性,采用随机效应IVW模型进行估计;反之,则采用固定效应模型
[16]。采用MR-Egger截距法检测水平多效性
[21],若截距项
P<0.05,提示存在水平多效性。此外,进行反向MR分析,以评估突发性耳聋是否对免疫相关及炎症性疾病存在因果效应,从而排除反向因果关系。
2 结果
2.1 12种免疫相关及炎症性疾病与特发性突发性感音神经性听力丧失的关联性
本研究系统评估了12种免疫相关及炎症性疾病与突发性耳聋的关联,包括强直性脊柱炎、胃食管反流病、哮喘、银屑病、湿疹、克罗恩病、2型糖尿病、1型糖尿病、溃疡性结肠炎、类风湿关节炎、过敏性鼻炎(经Firth校正)及炎症性肠病。本研究分别选用728至876个单核苷酸多态性作为工具变量,所有工具变量的
F统计量均>10,平均
F统计量为89.85,满足强工具变量要求,在此基础上检验了各暴露因素对突发性耳聋风险的因果效应。IVW分析结果显示,共8种免疫性疾病与ISSNHL存在正相关关系(
图3)。具体包括过敏性鼻炎、强直性脊柱炎、胃食管反流病、银屑病、湿疹、哮喘、克罗恩病及炎症性肠病等。其中,哮喘(
OR=2.853)与湿疹(
OR=2.505)的风险效应最强,其余疾病的效应值相对较弱(
OR值均为1.05 ~ 1.50)。其他敏感性分析方法得出的效应量方向与IVW法结果一致。
2.2 免疫细胞与特发性突发性感音神经性听力丧失的关联性
通过双样本MR分析,本研究系统评估了731种免疫细胞特征与ISSNHL之间的关联。所用工具变量涵盖的SNP数量范围为1 ~ 369个,所有工具变量的
F统计量均>10,平均
F统计量为88.71。分析结果显示,3种免疫细胞特征与ISSNHL呈显著正相关,提示其可能增加疾病发生风险;另有11种免疫细胞特征与ISSNHL呈显著负相关,表明其可能对疾病具有保护作用(
图4)。具体而言,呈正相关的免疫细胞特征包括:IgD-CD27-B细胞上的CD20、髓系树突状细胞的侧向散射面积参数以及未转换记忆B细胞占淋巴细胞百分比。其中,未转换记忆B细胞占淋巴细胞百分比的风险效应最强(
OR=1.350),其余两项的
OR值分别为1.308和1.214。其他敏感性分析方法得出的效应量方向与IVW法结果一致。
呈负相关的免疫细胞特征包括CD4+ T细胞上的CD3(OR=0.753,95% CI:0.609 ~ 0.931,P=0.009)、CD39+活化CD4调节性T细胞上的CD4(OR=0.736,95% CI:0.592 ~ 0.915,P=0.006)、IgD-CD27-B细胞占B细胞百分比(OR=0.836,95% CI:0.734 ~ 0.952,P=0.007)、IgD-CD27-B细胞上的CD25(OR=0.753,95% CI:0.592 ~ 0.957,P=0.020)、T细胞绝对计数(OR=0.779,95% CI:0.629 ~ 0.965,P=0.022)、IgD+ B细胞上的CD25(OR=0.834,95% CI:0.697 ~ 0.998,P=0.048)、IgD-CD27-B细胞占淋巴细胞百分比(OR=0.779,95% CI:0.656 ~ 0.924,P=0.004)、B细胞上的CD25(OR=0.859,95% CI:0.738 ~ 0.999,P=0.049)、IgD-CD27-B细胞绝对计数(OR=0.793,95% CI:0.643 ~ 0.977,P=0.029)、淋巴细胞绝对计数(OR=0.757,95% CI:0.606 ~ 0.945,P=0.014)以及初始成熟B细胞上的CD25(OR=0.855,95% CI:0.743 ~ 0.983,P=0.028),鉴于该结果95% CI存在接近1,提示边缘性统计学显著,需谨慎解读。
2.3 免疫疾病与免疫细胞之间的关联
在完成前述两步MR分析后,本研究提取了具有稳健正向关联的数据(8种免疫相关及炎症性疾病和14种免疫细胞特征),旨在探究免疫细胞是否在疾病导致ISSNHL的过程中发挥中介作用。IVW结果表明,哮喘与淋巴细胞绝对计数(
OR=3.414,95%
CI:1.263 ~ 9.230,
P=0.016)及T细胞绝对计数(
OR=2.942)呈显著正相关(
图5)。过敏性鼻炎与3种细胞特征(CD4
+ T细胞上的CD3、IgD
+ B细胞上的CD25及IgD
-CD27
-B细胞上的CD20)均呈负相关。强直性脊柱炎、湿疹及银屑病则主要与IgD
-CD27
-B细胞上的CD20呈负相关。其中,湿疹对该细胞特征的负向调节效应最为显著(
OR=0.431),强直性脊柱炎次之(
OR=0.557)。其他敏感性分析方法得出的效应量方向与IVW法结果一致。
2.4 免疫细胞在ISSNHL发病中的中介效应分析
免疫细胞CD3在CD4
+ T细胞上对过敏性鼻炎至ISSNHL路径存在显著中介作用。具体中介分析结果表明,CD4
+ T细胞上CD3的中介效应(
OR=1.079,95%
CI:1.007 ~ 1.195,
b=0.076)占总效应比例达60%(
图6)。由于免疫细胞中介效应方向与总效应方向不一致,强直性脊柱炎、胃食管反流病、银屑病、湿疹、哮喘、克罗恩病及炎症性肠病等7种疾病未纳入后续中介分析。
2.5 孟德尔随机化的敏感性分析
为验证因果关系的稳健性,本研究进行了多项敏感性分析。通过Cochran's Q检验对异质性进行评估,所有阳性结果的异质性分析见
表2。现选取显著性结果展示如下(IVW法):强直性脊柱炎(
P=0.169)、胃食管反流病(
P=0.964)、过敏性鼻炎(
P=0.749)、1型糖尿病(
P=0.029)、2型糖尿病(
P=0.236)、银屑病(
P=0.432)、湿疹(
P=0.126)、哮喘(
P=0.315)、克罗恩病(
P=0.069)、炎症性肠病(
P=0.340)、溃疡性结肠炎(
P=0.341)、类风湿关节炎(
P<0.001)(MR-Egger法结果与IVW法方向一致)。其中仅1型糖尿病与类风湿关节炎的
P值小于0.05,提示这些疾病的工具变量存在异质性,故选用随机效应IVW模型;其余10种疾病的
P值均大于0.05,表明其工具变量无异质性,因此选择固定效应IVW模型。
上述所有阳性结果均未检测到水平多效性,显著结果如下(MR-Egger法):强直性脊柱炎(
P=0.507)、胃食管反流病(
P=0.176)、过敏性鼻炎(
P=0.248)、1型糖尿病(
P=0.722)、2型糖尿病(
P=0.810)、银屑病(
P=0.947)、湿疹(
P=0.798)、哮喘(
P=0.649)、克罗恩病(
P=0.958)、炎症性肠病(
P=0.422)、溃疡性结肠炎(
P=0.534)、类风湿关节炎(
P=0.554),表明未发现潜在的水平多效性存在(
表3)。此外,本研究选取满足中介效应的暴露和结局变量组合进行反向MR分析。IVW法结果显示:(1)ISSNHL对过敏性鼻炎(
P=0.704);(2)ISSNHL对CD4
+ T细胞CD3(
P=0.780);(3)CD4
+ T细胞CD3对过敏性鼻炎(
P=0.671)。各组
P值均>0.05,表明不存在反向因果关系,确认本研究未受反向因果关联干扰。
3 讨论
本研究采用MR方法,围绕免疫细胞作为潜在介导因素,评估了12种免疫相关及炎症性疾病对ISSNHL风险的遗传预测因果效应。结果显示其中8种免疫相关及炎症性疾病与ISSNHL风险存在显著正向关联。这些关联具有稳健性,且未受反向因果关系干扰。在中介分析中,重点探讨了上述8种与ISSNHL风险呈显著正相关的免疫相关及炎症性疾病。其中仅过敏性鼻炎通过免疫细胞介导(CD4+ T细胞表面的CD3相互作用)成为ISSNHL发生发展的关键中介因素。
迄今为止,已有大量研究探讨免疫相关及炎症性疾病与ISSNHL之间的关联,并积累了丰富的研究证据。例如,研究显示干燥综合征患者出现听力损失、眩晕、耳鸣及突发性耳聋的患病率显著高于其他人群
[26];多发性肌炎/皮肌炎患者中耳鸣、突发性耳聋和眩晕的发生率较高
[27];合并系统性红斑狼疮或类风湿关节炎可能对突发性耳聋的预后产生不利影响,而较低的初始听阈和无糖尿病病史则与较好的听力恢复相关
[28]。然而,受传统流行病学方法的局限,目前仍难以确立免疫相关及炎症性疾病与ISSNHL之间的明确因果关系
[29]。尽管免疫机制在ISSNHL发病过程中起关键作用,但既往研究多集中于过敏性鼻炎与抗原呈递细胞、T/B淋巴细胞等免疫细胞的关联,而针对过敏性鼻炎与ISSNHL直接关系的研究仍较为匮乏,这反映了传统研究方法的不足
[30-31]。需注意的是,ISSNHL患者出现的免疫水平改变可能源于疾病本身病因、治疗不良反应、潜在感染状态或其他并发免疫病理反应
[32],此类复杂机制难以通过常规观察性研究或随机对照试验进行有效区分。
已有研究证实,免疫细胞状态改变可能是ISSNHL发病的关键机制
[33-34]。既往免疫细胞研究揭示了自身免疫现象及其治疗靶点背后复杂的遗传特征,其中包括CD4
+ T细胞上的CD3
[12],CD3是T细胞表面的蛋白质复合物,作为T细胞受体信号通路的关键组成部分,其主要功能是与T细胞受体(T-cell receptor,TCR)共同形成TCR-CD3复合体,负责识别并结合主要组织相容性复合体呈递的抗原肽。这一过程可启动包括T细胞活化在内的一系列免疫应答
[35]。此外,CD3还参与T细胞亚群分化、早期发育及信号转导过程。CD4
+ T细胞是适应性免疫系统中至关重要的T细胞亚群,在免疫应答中发挥核心作用。其主要功能包括:协助B细胞产生特异性抗体以增强体液免疫应答、激活巨噬细胞等免疫细胞以强化固有免疫应答,并通过调控免疫细胞活性维持免疫稳态。CD4
+ T细胞上的CD3复合物是T细胞活化的核心参与者。在慢性过敏性鼻炎的长期抗原刺激下,CD3表达的降低可能并非单纯反映全身性炎症状态,而是提示了一种因过度激活而导致的T细胞耗竭或免疫耐受失调。结合内耳特异性免疫病理学,这种外周特定T细胞亚群的异常不仅会释放过量的促炎细胞因子,还可能通过血流循环直接作用于内耳。内耳依靠血迷路屏障(blood-labyrinth barrier,BLB)维持其免疫豁免微环境。长期存在的异常淋巴细胞及免疫复合物可导致BLB内皮细胞损伤与通透性增加,使得外周炎症介质突破屏障,进而引发血管纹的微循环障碍,如微血栓形成或血管痉挛。此外,失调的CD4
+ T细胞还可能诱发交叉免疫反应,靶向攻击内耳特异性抗原,最终引起局部细胞因子风暴,导致螺旋神经节细胞和毛细胞发生不可逆的感音神经性损伤。
本研究结果显示,CD4
+ T细胞上CD3的低表达可能介导了过敏性鼻炎对ISSNHL的影响。这一发现与既往的临床观察性研究具有一致性。Berrocal等
[36]在对比突发性耳聋患者与健康对照组时发现,患者外周血中CD4
+ T细胞及其亚群的数量显著低于对照组,提示细胞免疫功能的抑制或缺陷可能参与了内耳的病理过程。此外,Yu等
[37]对过敏性鼻炎患者外周血免疫细胞进行分析发现,患者存在外周CD4
+T细胞免疫表型及相关受体表达的系统性改变,并提示伴随系统性 T 细胞反应激活。该证据支持过敏性鼻炎并非仅局限于局部黏膜炎症,而可能通过外周 T 细胞异常与炎症通路影响远端器官,从而为本研究中的生物学合理性提供补充依据。上述结果也提示,相较于传统观察性研究,MR方法在识别特定免疫细胞亚群及其表面分子层面改变方面具有一定优势。目前ISSNHL研究中关于CD4
+ T细胞CD3的报道较为有限,其在ISSNHL发病机制中的作用,及其可能引发的具有预后与诊断价值的后续事件链,仍是值得深入探讨的重要课题。
本研究仍存在以下不足:首先,由于MR分析固有的局限性,可能引入偏倚,导致第二和第三假设无法准确验证;其次,分析仅基于欧洲人群开展,限制了研究结果的普适性
[38];第三,由于缺乏研究对象的人口统计学特征信息及临床记录,无法进行亚组分析;第四,即使我们采取措施识别并剔除异常变异,仍无法排除水平多效性对结果的影响;第五,本研究表明在过敏性鼻炎患者中,CD4
+ T细胞上CD3介导的ISSNHL遗传预测率仅为60%,处于遗传预测的平均范围;最后,鉴于本研究涵盖了12种免疫相关疾病与731种免疫细胞特征的大量因果推断检验,且主要依托原始显著性阈值(
P<0.05)进行靶点筛选,未进行严格的多重比较校正。这是因为731种免疫细胞特征之间存在高度相关性与共线性,严格校正可能会增加假阴性率并掩盖潜在生物学信号,但未校正不可避免地增加了假阳性风险。因此,本研究所识别的关联应被谨慎视为初步的探索性发现。
综上,鉴于免疫细胞是免疫相关及炎症性疾病发展的基础,深入理解其机制、功能及治疗干预潜力,有助于探索拓展治疗方案的新途径。本研究利用大样本遗传数据,揭示了特定免疫相关及炎症性疾病尤其是过敏性鼻炎等与ISSNHL之间的正向因果关联,并识别出CD4
+ T细胞上CD3表达降低是其中的关键中介因素(介导比例60%)。然而,本研究提供的仅是基于遗传变异的初步推断证据,并不等同于最终的生物学事实。基因编辑与细胞工程技术的进步将推动针对免疫相关及炎症性疾病和ISSNHL的个性化精准免疫细胞疗法发展
[39]。基因编辑工具的应用在设计高效特异性免疫细胞方面具有广阔前景
[40]。为了进一步明确这些发现,未来的研究需要在多个维度展开:(1)基础实验验证。亟需通过构建动物模型如过敏性鼻炎伴发内耳损伤模型以及体外细胞共培养系统,深入解析外周异常T细胞与内耳微环境发生相互作用的具体分子通路;(2)临床研究。需开展大规模的前瞻性临床队列研究,动态监测ISSNHL患者发病前后的外周血淋巴细胞亚群变化规律;(3)独立验证。鉴于本研究的数据主要源自欧洲血统人群,未来应在不同族裔及更大规模的人群中进行独立验证,以评估该因果关联的普适性。
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