Lancet Healthy Longev：二甲双胍对表型年龄和白细胞端粒长度的影响的孟德尔随机化研究

二甲双胍是治疗 2 型糖尿病的一线药物，也可能对衰老相关疾病具有保护作用，但迄今为止几乎没有实验证据。 我们试图评估二甲双胍对英国生物库中衰老生物标志物的特定靶点影响。

在缺乏随机对照试验数据且考虑到传统观察性研究的局限性的情况下，遗传学的使用可以提供二甲双胍使用的另一条证据，并可能增加药物开发成功的机会。 孟德尔随机化研究利用遗传学变体在受孕时随机分配，因此本研究设计比其他观察性研究设计更不易受到混淆。先前的孟德尔随机化研究表明二甲双胍通过 AMP 激活蛋白激酶 (AMPK) 依赖性和 AMPK 独立途径对抗衰老相关疾病（即心血管疾病、癌症、阿尔茨海默氏病和骨关节炎）具有潜在的保护作用。我们在英国生物库中，使用药物靶标孟德尔随机化研究来解读二甲双胍衰老生物标志物的靶标特异性作用，探讨二甲双胍是否可以重新用于促进健康老龄化，同时规避传统方法的局限性，例如残余混杂。

方法：

英国生物银行从 2006 年到 2010 年在英格兰、苏格兰和威尔士的 22 个评估中心招募了约 500 名参与者（年龄 37-73 岁），他们在这些中心完成了一系列身体评估和问卷调查，主题包括社会人口特征、生活方式和健康状况， 自我报告的健康状况。参与者还提供了基线生物样本，用于生化测定和基因分型。为了减少混杂，根据人口分层，分析仅限于自我报告且经过基因验证的英国白人血统的参与者。 我们还排除了退出的参与者（2022 年 2 月更新）、患有性染色体非整倍体、自我报告的性别与遗传性别不同、有过度相关性（超过 10 个假定的三级亲属）、基因分型缺失 1·5% 或更高（这表明基因分型质量较低），并且缺少用于得出感兴趣的衰老指标的血液化学生物标志物的数据。

为了选择有效的工具来代表二甲双胍的靶标特异性效应，我们首先评估了组织特异性基因表达水平与 HbA1c 的关联，然后进行近似共定位。具体来说，对于蛋白质编码基因（PRKAA1、PRKAA2、 PRKAB1、PRKAB2、PRKAG1、PRKAG2、PRKAG3、ETFDH、GPD1 和 PSENEN），我们从 GTEx v8 中获得了组织特异性顺式 eQTL。 我们使用欧洲血统的面板选择独立的cis-eQTL，其聚类r2小于0·001并且聚类窗口为10 000 kb。 我们从英国生物银行获得了 344 182 名欧洲血统参与者的 HbA1c 遗传关联。 其次，对于显示顺式 eQTL 和 HbA1c 推定因果关联的变异 (p<0·05)，我们使用近似共定位方法来区分由常见因果变异驱动的关联或由连锁不平衡混淆的关联。 仅保留那些具有关联和共定位证据的变异来代表二甲双胍的靶标特异性作用。

进一步确定了二甲双胍的四个假定靶标（AMPK、ETFDH、GPD1 和 PEN2）的靶标特异性效应，涉及 10 个基因。 具有基因表达因果关系证据的遗传变异、糖化血红蛋白 A1c (HbA1c) 和共定位被用作模拟二甲双胍通过降低 HbA1c 的靶标特异性作用的工具。所考虑的衰老生物标志物是表型年龄（PhenoAge）和白细胞端粒长度。 为了对证据进行三角测量，我们还使用多基因孟德尔随机设计评估了 HbA1c 对结果的影响，并使用横断面观察设计评估了二甲双胍使用对这些结果的影响。

尽管老年科学框架中提出了多种衰老指标，但不存在衰老的黄金标准生物标志物。在本研究中，我们将表型年龄 (PhenoAge) 视为主要结果，将白细胞端粒长度视为次要结果。 白细胞端粒长度与寿命的相关性不如 PhenoAge 那样密切，并且一些研究表明，白细胞端粒长度是一种高度遗传性状，很大程度上在出生时就决定了。

PhenoAge 是一种基于实足年龄和九种多系统临床化学生物标志物的测量方法，这些生物标志物是使用 Cox 比例风险弹性网死亡率模型根据美国队列（第三次全国健康和营养检查调查 [NHANES III]）的数据进行选择的。PhenoAge 是死亡风险的预测因子，并且对人群特征具有稳健性。根据既定算法，我们计算 PhenoAge（年），假设 NHANES III 训练结果具有普遍性。

基线白细胞端粒长度是使用多重定量 PCR 测定从外周血白细胞 DNA 中测量的，如其他地方详述。白细胞端粒长度表示为端粒重复拷贝数 (T) 与参考单拷贝基因 HBB 之间的比率（ S).22 T 和 S 是相对于校准样本（来自 20 个个体的 DNA 池）计算的。在本研究中，我们使用 UK Biobank 数据字段 22192，其中白细胞端粒长度经过 loge 转换以获得正态分布， 然后使用具有白细胞端粒长度测量的所有个体的分布进行 Z 标准化。

与结果的遗传关联是使用线性回归模型生成的，假设存在加性效应，并根据招募时的年龄、性别、基因分型阵列和遗传血统的前 20 个主要成分进行调整。 对于药物靶点孟德尔随机化分析，我们获得了变异特异性 Wald 估计（结果的遗传关联除以二甲双胍靶点诱导的 HbA1c 降低的遗传关联）。 为了确定工具影响的方向，我们应用了Steiger过滤，它检查每个变量-暴露之间解释的方差是否大于每个变量-结果效应之间解释的方差，因此工具是否主要通过 曝光（而不是相反）。

为了进一步确定二甲双胍对衰老生物标志物的假定靶标特异性作用是否可以通过血糖依赖性途径来解释，我们进行了多基因孟德尔随机化研究和横断面研究。 对于 HbA1c 对衰老生物标志物的多基因孟德尔随机化研究，我们从 344 182 名参与者中获得了与 HbA1c (p≤5 × 10⁻⁸) 相关的不相关变异（聚集 r2<0·001 和聚集窗口为 10 000 kb） 英国生物银行的欧洲血统。

研究结果：

分析包括 321 412 名参与者（平均年龄 56·9 岁 [SD 8·0]），其中 149 028 (46·4%) 为男性，172 384 (53·6%) 为女性（表）。 一般来说，女性比男性有更好的健康状况，她们的 PhenoAge 更年轻，白细胞端粒长度更长。 PhenoAge 随着实际年龄的增加而增加，而白细胞端粒长度则随着实际年龄的增加而减少（趋势 p 值 <0·0001）。

考虑了来自二甲双胍四个假定靶标的十个蛋白质编码基因（附录第 17 页），其中七个基因（ETFDH、GPD1、PSENEN、PRKAA1、PRKAG1、PRKAG2 和 PRKAG3）有组织特异性顺式 eQTL 关联的证据 HbA1c (p<0·049)。 来自目标 GPD1、AMPKα1 (PRKAA1) 和 AMPKγ2 (PRKAG2) 的 65 个关联中有 9 个具有近似共定位的证据 (r2>0·80)。 我们从 AMPKα1 (PRKAA1) 中排除了 F 统计量小于 10 的三种仪器，表明存在弱仪器偏差。

来自英国生物银行的 273 个不相关变异与 HbA1c 密切相关 (p<5 × 10−8)； 每个变体的 F 统计量大于 10，表明不太可能出现弱仪器偏差（附录第 31-34 页）。 使用逆方差加权，基因预测的 HbA1c 降低与 PhenoAge 相关（HbA1c 降低每 SD β –0·96，95% CI –1·19 至 –0·74），但与白细胞端粒长度无关（0·014， –0·007 至 0·035）。 使用依赖于不同假设的方法进行的敏感性分析显示了相似的结果，Steiger 方向测试表明，这些变异主要通过 HbA1c 影响衰老的生物标志物（附录第 35 页）。 在横断面分析中，HbA1c 与较年轻的 PhenoAge 相关（HbA1c 每降低一个百分点，β –3·31，95% CI –3·35 至 –3·28），但与白细胞端粒长度无关 (0· 004，–0·003 至 0·01；图 2)。

在倾向评分匹配分析中，二甲双胍的使用与年轻的 PhenoAge 相关（β -0·36，95% CI -0·59 至 -0·13），但与白细胞端粒长度无关。

这项研究提供了基因验证证据，表明二甲双胍可能通过目标 GPD1 和 AMPKγ2 (PRKAG2) 促进健康衰老，其效果可能部分归因于其血糖特性。 我们的研究结果支持对二甲双胍和长寿的进一步临床研究。

原始出处：

Effects of putative metformin targets on phenotypic age and leukocyte telomere length: a mendelian randomisation study using data from the UK Biobank.