Vraagbaak: Alcoholonderzoek op basis van genen: wat is Mendeliaanse randomisatie?

Wetenschappers gebruiken steeds vaker Mendeliaanse randomisatie (MR) om effecten van alcoholconsumptie op de gezondheid te onderzoeken. Deze relatief nieuwe onderzoeksmethode gebruikt variaties in genen die invloed hebben op de alcoholafbraak om alcoholconsumptie te voorspellen. Volgens de onderzoekers kan deze methode een oorzakelijk verband aantonen tussen alcoholconsumptie en gezondheidsuitkomsten; iets wat met conventionele observationele en experimentele studies lastig is. Maar wat is MR precies, en is deze methode zo veelbelovend voor alcoholonderzoek als sommige wetenschappers doen geloven?

Wat is Mendeliaanse randomisatie?
Net als observationeel en experimenteel onderzoek (zie kader) is Mendeliaanse randomisatie (ook wel Mendelian randomisation, MR) een methode om de invloed van risicofactoren op een ziekte vast te stellen. Maar in plaats van de blootstelling aan een risicofactor zelf, gebruiken de wetenschappers variaties in gerelateerde genen als voorspelling van die blootstelling.

Een van de eerste MR-studies onderzocht of het hebben van een laag cholesterolgehalte het risico op kanker vergroot1. Uit bevolkingsonderzoek bleek dat mensen met een laag cholesterol vaker gediagnosticeerd werden met kanker. Uit MR-onderzoek blijkt echter dat dit geen oorzakelijk verband is; het lage cholesterolgehalte is dus niet de oorzaak van het ontstaan van kanker. Er bestaat namelijk een gen dat zorgt voor een laag cholesterolgehalte, en mensen met dit gen blijken niet vaker kanker te ontwikkelen dan mensen die dit gen niet hebben.

De voordelen van Mendeliaanse randomisatie
Het idee van MR ontstond in de jaren 80 van de vorige eeuw2. De naam komt van Mendel, de ontdekker van het eerste gen, en ‘randomisatie’ geeft aan dat het willekeurig is wie welk gen heeft en dus dat het willekeurig is in welke ‘onderzoeksgroep’ men zit. Deze willekeur zou de invloed van verstrengeling van leefgewoonten en andere factoren (‘confounders’) minimaliseren. Je weet immers niet welke genen je hebt, dus je kan er ook geen invloed op uitoefenen via je leefgewoonten.

Bij observationeel onderzoek heb je deze verstrengeling van leefgewoonten wel, wat de resultaten kan verstoren (zie kader). Experimenten kunnen hierbij helpen, omdat ze in gecontroleerde setting kunnen laten zien wat het daadwerkelijke effect is van een bepaalde blootstelling. Experimenten zijn echter duur en tijdrovend. MR-onderzoek zou hier een goedkoper en sneller alternatief voor kunnen zijn, mits er een gen bestaat en bekend is dat als voorspeller van de blootstelling werkt.

Bewijskracht van observationeel en experimenteel onderzoek
Bij observationeel onderzoek worden grote groepen mensen vaak langere tijd gevolgd. Onderzoekers turven vervolgens hoeveel mensen met welke leefgewoonte welke ziekte krijgen om verbanden te vinden. Maar het is natuurlijk nooit zeker dat de ziekte ook daadwerkelijk veroorzaakt is door de leefgewoonte, oftewel: een oorzakelijk verband kun je met deze methode niet aantonen. Er kunnen verstorende factoren in het spel zijn (in wetenschappelijke term: confounders).Daarom wordt observationeel onderzoek aangevuld met experimenteel onderzoek waarbij een kleinere groep mensen in een gecontroleerde setting bijvoorbeeld een voedingsmiddel krijgt. De onderzoekers kijken dan wat dit voedingsmiddel voor effect heeft op de voorspellers (bijvoorbeeld bloedwaardes) van een bepaalde ziekte. Op deze manier proberen ze het fysiologische mechanisme te ontdekken hoe een leefgewoonte, in dit geval een voedingsmiddel, mogelijk effect heeft op een ziekte.

Experimenteel onderzoek is vaak duur en tijdrovend. De combinatie van observationeel onderzoek waarbij verbanden worden aangetoond, samen met experimenteel onderzoek om het mechanisme te verklaren is sinds de jaren 70 van de vorige eeuw veelvuldig toegepast in alcoholonderzoek.

MR in alcoholonderzoek
Bij MR in alcoholonderzoek worden mensen gescreend op mutaties in twee specifieke genen die coderen voor belangrijke enzymen betrokken bij de afbraak van alcohol, namelijk: alcohol dehydrogenase (ADH) en aldehyde dehydrogenase (ALDH). Bij een mutatie in deze genen wordt het tussenproduct in de afbraak van alcohol, aceetaldehyde, sneller gevormd of is langer aanwezig in het lichaam. Hierdoor krijg je bij het drinken van alcohol snel rode wangen, ook wel bekend als flushing, en ontstaan de typische katersymptomen (misselijkheid, braken, en hoofdpijn) al bij matige alcoholconsumptie. Vanwege deze katersymptomen drinken mensen met deze genetische mutaties meestal minder alcohol; een reden waarom deze mutaties als goede voorspeller voor alcoholinname worden gezien.

De mutaties komen voornamelijk voor in Oost-Azië. Het idee is dat in een homogene bevolking deze genvarianten in principe willekeurig (‘random’) verdeeld zijn, en alcoholconsumptie de enige factor is die verschilt, net als in een experimenteel onderzoek3.

Voorbeelden
Millwood en collega’s (2019) hebben deze methode toepast bij meer dan 500.000 Chinezen om de relatie tussen alcoholconsumptie en het risico op hart- en vaatziekten te bestuderen4. Op basis van hun genotype en de regio waar ze vandaan komen zijn ze in 6 groepen verdeeld die hun alcoholconsumptie zou moeten weerspiegelen. Uit de analyse blijkt dat bij mannen het risico op een beroerte lineair toeneemt met deze genetisch voorspelde alcoholconsumptie. Dit is een ander beeld dan met observationele studies wordt gevonden. Wanneer deelnemers worden ingedeeld in groepen op basis van de door hen zelf gerapporteerde alcoholconsumptie, dan zijn 1-2 glazen alcohol per dag geassocieerd met juist een lager risico op een beroerte in vergelijking met niet of overmatig drinken4. Dit staat bekend als de zogenaamde ‘J-curve’.

Uit onderzoek van Holmes en collega’s (2014) kwamen vergelijkbare resultaten waarbij het risico op hart- en vaatziekten en hoge bloeddruk ook al verhoogt bij matige alcoholconsumptie5.

Aan de andere kant laat traditioneel observationeel onderzoek vaak zien dat één glas alcohol per dag al geassocieerd is met een (licht) verhoogd risico op borstkanker, terwijl recente MR-onderzoeken helemaal geen verband vinden tussen alcoholconsumptie en borstkanker.6,7

Kanttekeningen bij MR
MR is een veelbelovende methode die een andere blik werpt op verbanden, waardoor nieuwe inzichten kunnen ontstaan. Wat betreft alcoholonderzoek is er in de wetenschappelijke wereld nog geen consensus of deze methode in de toekomst zal gaan gelden als de nieuwe gouden standaard. Volgens de toepassers van MR bewijst de methode dat de J-curve een onbedoeld resultaat is dat wordt veroorzaakt door confounders3. Maar er zijn ook wetenschappers die kanttekeningen plaatsen bij het gebruik van MR in alcoholonderzoek.8,9

Een punt van kritiek is bijvoorbeeld dat de methode voornamelijk geschikt is voor het detecteren van lineaire verbanden. De relatie tussen alcoholconsumptie en verschillende chronische ziekten is echter vaak J-vormig, met een verlaagd risico bij matige alcoholconsumptie. Ander commentaar is dat experimenten aantonen dat alcoholconsumptie het HDL – het ‘goede’ cholesterol – verhoogt, wat gezien wordt als een fysiologische verklaring voor een beschermend effect van matige alcoholconsumptie tegen hart- en vaatziekten. Maar bij MR hebben mensen met een genetisch hoog voorspelde alcoholconsumptie géén hogere HDL-levels.5 Ook resulteren de mutaties in de genen voor alcoholafbraak niet alleen in een lagere alcoholconsumptie (door de katersymptomen), maar ook in een langere blootstelling aan aceetaldehyde na het drinken van alcohol. Zeker bij verbanden tussen alcoholconsumptie en kanker kan dit de relatie verstoren, omdat aceetaldehyde als carcinogene stof een rol kan spelen bij het ontstaan van kanker. In Nederland liet de Gezondheidsraad bij het opstellen van de Richtlijnen goede voeding 2015 de onderzoeken met MR om deze redenen dan ook buiten beschouwing10.

Andere kanttekeningen zijn dat het ALDH-enzym niet alleen aceetaldehyde afbreekt, maar ook een aantal andere aldehyden die mogelijk ook het risico op bepaalde ziektes kunnen beïnvloeden.11 En zoals eerder al genoemd komen de mutaties in de alcoholafbraak genen voornamelijk voor in Oost-Azië. In de westerse populatie is het percentage met deze mutatie vele malen kleiner. De vraag is dan ook of de uitkomsten uit Aziatisch onderzoek vertaald kunnen worden naar de westerse wereld. Ten slotte houden MR-onderzoeken – net als de conventionele observationele onderzoeken –niet altijd rekening met het drinkpatroon. Het drinkpatroon is een belangrijke factor in het bepalen van de gezondheidseffecten van alcoholconsumptie.

Meer onderzoek nodig
MR heeft zich succesvol bewezen in een aantal onderzoeksgebieden. Voor alcoholonderzoek blijft het de vraag of en hoe deze methode geschikt is om toe te passen. Tot nu toe zijn er in ieder geval nog veel vragen onbeantwoord om MR als de nieuwe gouden standaard te zien. Meer onderzoek en discussie naar de toepasbaarheid van MR in alcoholonderzoek is daarom zeker welkom. 

Referenties

  1. Trompet, S., Jukema, J.W., Katan, M.B., Blauw, G.J., Sattar, N., Buckley, B., Caslake, M., Ford, I., Shepherd, J., Westendorp, R.G., de Craen, A.J., 2009. Apolipoprotein E genotype, plasma cholesterol, and cancer: a Mendelian randomization study. Am J Epidemiol 170, 1415–21.
  2. Katan MB. Apolipoprotein E isoforms, serum cholesterol, and cancer. Lancet 1986; 1:507
  3. Katan. Het probleem met de voedingsepidemiologie Nederlands Tijdschrift voor Geneeskunde.pdf
  4. Millwood et al. (2019) Conventional and genetic evidence on alcohol and vascular disease aetiology: a prospective study of 500.000 men and women in China. Lancet; 393: 1831–42
  5. Holmes MV, Dale CE, Zuccolo L, et al. Association between alcohol and cardiovascular disease: Mendelian randomisation analysis based on individual participant data. BMJ 2014;349:g4164 doi: 10.1136/bmj.g4164.
  6. Ong, J. S., Derks, E. M., Eriksson, M., An, J., Hwang, L. D., Easton, D. F., ... & Chenevix‐Trench, G. (2020). Evaluating the role of alcohol consumption in breast and ovarian cancer susceptibility using population‐based cohort studies and two‐sample Mendelian randomization analyses. International Journal of Cancer.
  7. Zhu, J., Jiang, X., & Niu, Z. (2020). Alcohol consumption and risk of breast and ovarian cancer: a Mendelian randomization study. Cancer Genetics.
  8. https://www.bmj.com/content/349/bmj.g4164/rapid-responses
  9. Mukamal, K.J., Stampfer, M.J. & Rimm, E.B (2019). Genetic instrumental variable analysis: time to call mendelian randomization what it is. The example of alcohol and cardiovascular disease. Eur J Epidemiol: https://doi.org/10.1007/s10654-019-00578-3
  10. Gezondheidsraad (2015) Alcohol - Achtergronddocument bij Richtlijnen goede voeding 2015
  11. Chen, C.H., Ferreira, J.C., Gross, E.R. and Mochly-Rosen, D. (2014), “Targeting aldehyde dehydrogenase 2: new therapeutic opportunities”, Physiological Reviews, Vol. 94 No. 1, pp. 1-34, doi: 10.1152/physrev.00017.2013.