Mendelian randomization (MR)
一行要約
Mendelian randomization は germline genetic variant (主に SNP) を instrumental variable (IV) として用い、観察研究の交絡を回避して exposure → outcome の因果関係を推定する遺伝疫学手法。Random Mendel allocation (受精時の random allele 分配) を「natural experiment」と捉える。腫瘍領域では smoking → lung cancer, BMI → cancer risk, 炎症マーカー (CRP / IL-6) → cancer 因果性, druggable target (PCSK9, IL-6R) の validation に応用。RCT 設計困難な exposure (life-long inflammatory state, lipid profile) で causal evidence を提供。
原理
3 つの IV 仮定
- Relevance: SNP が exposure と強く関連 (F-statistic > 10)
- Independence: SNP が confounder と独立 (population stratification 補正)
- Exclusion restriction: SNP は exposure 経由でしか outcome に影響しない (no horizontal pleiotropy)
解析法
| 手法 | 用途 |
|---|---|
| Inverse-variance weighted (IVW) | 標準推定量 (no pleiotropy 仮定) |
| MR-Egger | directional pleiotropy 補正 + intercept 検定 |
| Weighted median | 50% 以上の SNP が valid なら robust |
| MR-PRESSO | outlier SNP 検出 + 補正 |
| Two-sample MR | exposure と outcome の GWAS が異なる cohort |
| Multivariable MR | 複数 exposure 同時推定 |
| Drug-target MR | drug target 周辺 cis-eQTL を IV、薬物効果の予測 |
主要エビデンス / 適用領域
- Smoking → lung cancer: nicotine receptor (CHRNA5) SNP IV で smoking の lung cancer 因果性を強化, Bradford-Hill 補完
- BMI → cancer: 多 cancer 種 BMI の causal role 推定 (renal / pancreatic / colorectal)
- IL-6 / CRP → cancer: IL-6R SNP IV で IL-6 axis の cancer-causal role を tocilizumab 様 effect として推定
- Lipid → cancer: HDL/LDL/triglyceride の MR で cancer 因果性 (mostly null)
- Drug target validation: PCSK9 cis-eQTL → cardiovascular outcome MR で alirocumab 効果予測。同様に oncology drug target (e.g. IL-1β → CANTOS post-hoc) で MR confirmation
適用分野と限界
- 強み: RCT 困難な exposure に causal evidence、一生涯 exposure の cumulative effect、drug target validation で開発前提とできる
- 限界: pleiotropy (SNP が複数経路に作用) 完全排除困難、weak instrument bias、population overlap (sample 1 と sample 2 重複) で type-1 error 増大、effect estimate は life-long average で acute effect とは異なる、causal inference は RCT より gradient lower
Open Questions
- Polygenic risk score を IV とする power 向上
- Single-cell MR: cell-type-specific eQTL を IV
- Cross-ancestry MR: 多民族 GWAS で generalizability
- Drug repurposing: large-scale drug-target MR で oncology candidate identification