《International Journal of Chronic Obstructive Pulmonary Disease》：Causal Relationship Between Methotrexate and Chronic Obstructive Pulmonary Disease: A Study Based on Network Toxicology and Mendelian Randomization
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摘要 引言：既往研究表明，甲氨蝶呤（MTX）可能对慢性阻塞性肺疾病（COPD）有潜在影响，但具体的因果关系仍不明确。目的：本研究旨在探讨MTX使用与发生COPD风险之间是否存在潜在的因果关联。方法：为系统探索MTX与COPD发生之间的潜在关联，研究人员采用了多
摘要 引言：既往研究表明，甲氨蝶呤（MTX）可能对慢性阻塞性肺疾病（COPD）有潜在影响，但具体的因果关系仍不明确。目的：本研究旨在探讨MTX使用与发生COPD风险之间是否存在潜在的因果关联。方法：为系统探索MTX与COPD发生之间的潜在关联，研究人员采用了多维研究策略：一方面，采用网络毒理学方法预测MTX的相关作用靶点和代谢通路；另一方面，应用孟德尔随机化（MR）分析方法在宏观流行病学层面进行研究。结果：网络毒理学分析显示，MTX可通过多条通路和代谢途径影响COPD的发生，并与HIF1A、EP300、NFKB1、PPARG、ABL1、STAT1、HDAC1、NFE2L2和MAPK1编码的蛋白质具有强结合能。同时，MR分析显示MTX与COPD之间存在显著正相关。结论：本研究表明，MTX的使用与COPD风险增加存在一定关联，为后续深入研究提供了新思路。
慢性阻塞性肺疾病（Chronic Obstructive Pulmonary Disease，COPD）是一种异质性肺部疾病，以气道和/或肺泡持续异常为特征，常导致进行性气流受限，主要症状包括呼吸困难、咳嗽和咳痰。其发病机制涉及遗传易感性、肺发育异常和感染等多种病因，但目前认为其是基因（G）与环境（E）在个体生命周期（T）中相互作用（G-E-T）的结果。COPD已成为全球第三大死因，给社会和患者家庭带来沉重负担。甲氨蝶呤（Methotrexate，MTX）自1951年起用于类风湿关节炎等疾病的治疗，但具有血液、消化、呼吸等多系统毒性，尤其可增加肺部不良反应风险。既往研究关于MTX对COPD的影响结论不一：部分研究显示MTX可能增加COPD发生风险，另有研究提示其可降低COPD急性加重风险。为明确两者间因果关联，研究人员采用网络毒理学（Network Toxicology）与孟德尔随机化（Mendelian Randomization，MR）相结合的方法，从微观分子机制和宏观人群水平进行双重验证。该研究发表在《International Journal of Chronic Obstructive Pulmonary Disease》。
研究人员主要采用了以下关键技术方法：首先，利用网络毒理学方法，通过SuperPred、Swiss Target Prediction和STITCH数据库预测MTX与人类蛋白的相互作用靶点，同时从OMIM、GeneCards和TTD数据库获取COPD疾病基因，取交集后得到95个核心靶点，并进行基因本体（Gene Ontology，GO）富集分析和京都基因与基因组百科全书（Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes，KEGG）富集分析。使用STRING数据库构建蛋白-蛋白相互作用（PPI）网络，经Cytoscape 3.10.3筛选核心基因。利用分子对接技术（Molecular Docking）模拟MTX与核心基因编码蛋白的结合模式，计算结合自由能（ΔG）。其次，采用两样本孟德尔随机化分析，从MRC-IEU Open Genome-Wide Association Study（OpenGWAS）数据库获取暴露因素（MTX，ID: ukb-b-12209）和结局（COPD，ID: ukb-a-543）的汇总数据。MTX数据来源于462933名欧洲血统个体（2454例病例，460479例对照，男女混合），COPD数据包括337199名欧洲血统个体（874例病例，336325例对照，男女混合）。经连锁不平衡（LD）聚类分析（r
2 < 0.001，窗口大小10 Mb）和排除弱工具变量（F统计量 > 10），并利用PhenoScanner排除与吸烟、年龄、性别等混杂因素相关的SNP后，最终筛选出4个SNP（rs1230666、rs6605556、rs2894316、rs9276609）作为MTX的工具变量。采用逆方差加权法（Inverse-Variance Weighting，IVW）作为主要方法，辅以MR-Egger回归、加权中位数法、加权模式法和简单模式法进行敏感性分析，并利用Cochran's Q检验、留一法分析和MR-PRESSO检验评估异质性和多效性。
研究结果分为两部分。一、网络毒理学分析：通过交集共获得MTX和COPD的95个核心靶点，构建的PPI网络包含95个节点和358条边，平均节点度为7.54。经Cytoscape进一步筛选出核心基因。GO富集分析显示，这些基因在生物过程、细胞组分和分子功能三个类别中均有显著富集；KEGG富集分析揭示其涉及多条代谢通路和信号转导通路。分子对接结果显示，MTX与HIF1A（ΔG = -7.0 kcal/mol）、EP300（ΔG = -8.3 kcal/mol）、NFKB1（ΔG = -6.4 kcal/mol）、PPARG（ΔG = -7.1 kcal/mol）、ABL1（ΔG = -7.7 kcal/mol）、STAT1（ΔG = -7.3 kcal/mol）、HDAC1（ΔG = -7.0 kcal/mol）、NFE2L2（ΔG = -6.8 kcal/mol）和MAPK1（ΔG = -7.4 kcal/mol）编码的蛋白质均具有结合潜能，其中EP300结合能最强。二、MR分析：IVW方法显示MTX与COPD呈显著正相关（OR = 1.10，95% CI = 1.04–1.17，P = 0.0008）；加权中位数法结果一致（OR = 1.10，95% CI = 1.03–1.17，P = 0.0052）；MR-Egger（OR = 1.09，95% CI = 0.98–1.21，P = 0.2509）、加权模式（OR = 1.10，95% CI = 1.03–1.17，P = 0.0658）和简单模式（OR = 1.10，95% CI = 0.99–1.22，P = 0.1784）的点估计值方向一致但未达统计学显著性。Cochran's Q检验（Q = 0.454，P = 0.929）和MR-Egger截距检验（P = 0.854）均未发现显著异质性或多效性，留一法分析显示结果稳健。
讨论部分指出，两种方法均支持MTX增加COPD风险的假设。网络毒理学揭示的核心靶点涉及中性粒细胞胞外陷阱形成（NETosis）和p38 MAPK信号通路等机制，其中p38 MAPK通路激活可抑制HDAC1/HDAC2活性，导致糖皮质激素受体功能受损，并诱导促炎因子过表达，从而加重肺损伤。MTX可直接激活p38 MAPK通路，并差异调节肺部多种细胞因子表达。但该研究存在局限性：IVW为核心方法，MR-Egger等方法的P值未达显著水平，削弱了因果推断的稳健性；网络毒理学依赖静态模型，无法捕获蛋白质动态构象变化；样本来源限于欧洲血统人群，结果外推性受限；且可能存在残留混杂和反向因果。未来需整合动态结构生物学、多种族人群数据、基于个体剂量数据的药物流行病学设计以及细胞和动物实验进行验证。
研究结论：本研究采用了网络毒理学和孟德尔随机化相结合的方法，初步从遗传角度为MTX使用与COPD易感性增加之间可能存在因果关系提供了证据。两种方法的结果高度一致，不仅验证了结论的有效性，也为临床医生指导潜在COPD患者的管理和预防策略提供了有价值的见解。然而，由于观察到的效应量较小，且该推断仍基于观察性研究而缺乏临床验证，这一发现不能被视为结论性的。本研究仅为进一步探索MTX与COPD之间的关联机制奠定了统计学基础。
