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SARS-CoV-2阳性率与循环25-羟基维生素D水平相关

  • 哈维·w·考夫曼,

    角色概念化,数据管理,形式分析,方法论,项目管理,软件,可视化,写作-初稿,写作-审查和编辑

    联系医疗信息学,Quest诊断学,锡考克斯,美国新泽西州

  • 贾斯汀·k·奈尔斯,

    角色概念化,数据管理,形式分析,调查,方法论,软件,可视化,写作-初稿,写作-审查和编辑

    联系医疗信息学,Quest诊断学,锡考克斯,美国新泽西州

  • 马丁·h·克罗尔,

    角色概念化,数据管理,形式分析,调查,方法论,软件,可视化,写作-初稿,写作-审查和编辑

    联系医疗信息学,Quest诊断学,锡考克斯,美国新泽西州

  • 彩霞Bi、

    角色概念化,数据管理,形式分析,调查,方法论,软件,可视化,写作-初稿,写作-审查和编辑

    联系医疗信息学,Quest诊断学,锡考克斯,美国新泽西州

  • 迈克尔·f·霍利克

    角色概念化,形式化分析,调查,方法论,项目管理,监督,验证,可视化,写作-原始草案,写作-审查和编辑

    mfholick@bu.edu

    联系美国马萨诸塞州波士顿市波士顿大学医学院医学系

摘要

在2019冠状病毒病(COVID-19)的治疗方法和疫苗广泛可用之前,应该探索其他降低感染率的方法。本研究对在国家临床实验室进行的鉴定检测进行了回顾性观察分析,以确定循环25-羟基维生素D (25(OH)D)水平是否与严重急性呼吸道疾病冠状病毒2 (SARS-CoV-2)阳性率相关。来自所有50个州的19万多名患者在2020年3月中旬至6月中旬进行了SARS-CoV-2检测,并纳入了与前12个月的25(OH)D匹配的结果。住宅邮政编码数据需要与美国人口普查数据相匹配,并对种族/民族比例和纬度进行分析。共纳入191779例患者(中位年龄54岁[四分位数范围40.4-64.7];68%的女性。SARS-CoV-2阳性率为9.3% (95% C.I. 9.2 ~ 9.5%),经季节调整的平均25(OH)D为31.7 (SD 11.7)。39,190例25(OH)D值不足(<20 ng/mL)的患者(12.5%,95% C.I.为12.2% - 12.8%)的SARS-CoV-2阳性率高于27,870例25(OH)D值充足(30-34 ng/mL)的患者(8.1%,95% C.I.为7.8-8.4%)和12321例25(OH)D值≥55 ng/mL的患者(5.9%,95% C.I.为5.5-6.4%)。25(OH)D水平与SARS-CoV-2阳性之间的相关性被加权二阶多项式回归拟合得最好,表明在总人口中具有很强的相关性(R2= 0.96),并根据所有研究的人口因素进行分层分析。在一个多变量logistic模型中,较低的SARS-CoV-2阳性率与较高的循环25(OH)D水平之间的相关性在所有纳入的人口统计学因素调整后仍然显著(调整后优势比0.984 / ng/mL增量,95% C.I. 0.983-0.986;p < 0.001)。SARS-CoV-2阳性与循环25(OH)D水平呈强负相关,这种关系在不同纬度、种族/民族、性别和年龄范围都存在。我们的发现为探索维生素D补充剂在降低SARS-CoV-2感染风险和COVID-19疾病中的作用提供了动力。

简介

研究表明,维生素D缺乏与病毒性上呼吸道感染风险和冠状病毒病-2019 (COVID-19)死亡率之间存在关联[12].考虑到维生素D有许多影响先天和适应性免疫系统的作用,这种关系是可以预料的。呼吸道单核/巨噬细胞和上皮细胞组成性地表达维生素D受体。通过这种受体,维生素D在预防呼吸道感染方面可能很重要[3.].此外,维生素D的一个重要作用是抑制细胞因子的过度释放,这种释放可以表现为“细胞因子风暴”,这是导致covid -19相关发病率和死亡率的常见原因[4].补充维生素D在降低严重急性呼吸道疾病冠状病毒2 (SARS-CoV-2)感染风险方面的作用尚未得到研究。在评估这种潜在的干预措施之前,最好更好地了解维生素D状态与SARS-CoV-2 NAAT阳性率之间的关系。

之前的研究研究了与维生素D有关的COVID-19结果的纬度相关差异[15].然而,据我们所知,只有两项研究调查了维生素D状态与SARS-CoV-2阳性之间的直接关系,而这些研究得出了相反的结论[67].这两项研究都是基于少量配对的SARS-CoV-2和25(OH)D结果,而且都没有涉及美国患者。在这项研究中,我们通过核酸扩增测试(NAAT)评估了循环25-羟基维生素D [25(OH)D]水平(维生素D状态的一种测量方法)与SARS-CoV-2阳性的相关性。

方法

研究人群

在这项对临床实验室鉴定检测结果的回顾性观察分析中,使用Quest diagnostics的唯一患者标识符将2020年3月9日至6月19日进行的所有SARS-CoV-2检测结果与前12个月的25(OH)D结果相匹配。分析仅限于每位患者的一个SARS-CoV-2结果;如果检测结果为阳性,则认为患者的SARS-CoV-2结果为阳性。当多个25(OH)D结果可用时,选择最近的结果。我们排除了结果不确定(检测到两个SARS-CoV-2靶标中的一个)或缺少住宅邮政编码数据的样本,这些数据是分配种族/民族比例和纬度所需的。

实验室方法

所有SARS-CoV-2 RNA NAAT均由Quest Diagnostics使用美国食品和药物管理局(FDA)紧急使用授权测试之一(Quest Diagnostics SARS-CoV-2 RNA [COVID-19],定性NAAT;Hologic Panther融合SARS-CoV-2检测;罗氏诊断cobas®SARS-CoV-2检测试剂盒;或Hologic Aptima SARS-CoV-2检测)。我们将所有四项检测的结果结合起来,因为它们的敏感性和特异性非常相似[8- - - - - -11].总25(OH)D使用化学发光免疫分析法(DiaSorin LIAISON®XL 25-hydroxyvitamin D, Total)或实验室开发的基于液相色谱/串联质谱的检测方法进行测量。实验室将25个<20 ng/mL (OH)D)结果归为不足,20 - 29 ng/mL归为次优,≥30 ng/mL归为优。实验室分析是标准化的,并在整个Quest Diagnostics执行相同。

按邮政编码估算

为了分析种族/民族,患者数据与2018年5年美国社区调查(ACS)中邮政编码报告的估计种族/民族比例相关联[12].非西班牙裔黑人人口比例估计超过50%的邮政编码被称为“非西班牙裔黑人占主导地位”。“以西班牙裔为主”和“以非西班牙裔白人为主”的邮政编码也遵循同样的模式。从SAS参考数据中获取的每个邮政编码的纬度被分为三组:>40度(“北方”);32-40度(“中心”);或<32度(“南方”)。

维生素D季节性调整

我们根据之前25(OH)D的模型调整了维生素D的季节性3.研究,利用Quest Diagnostics结果很好地符合目前的研究数据[13].

统计分析

比例比较采用卡方检验进行分析。均数比较采用t检验进行分析。循环25(OH)D的浓度报告为ng/mL。值<20 ng/mL或≥60 ng/mL分别被赋值为19 ng/mL或60 ng/mL。年龄分为<60岁和≥60岁两组。25(OH)D值与SARS-CoV-2阳性的相关性用加权二阶多项式回归拟合得最好。对于以黑人为主的非西班牙裔和西班牙裔邮政编码的回归,由于25(OH)D值≥30的患者数量相对较少,25(OH)D值被分为20-29之间有两个值的箱(20 - 21,22 - 23等)和其后有5个值的箱(30 - 34,35 - 39等)。对于所有其他多项式回归,25(OH)D值被分组到两个值的箱子中。在排除了所有纳入因子缺失值的患者后,采用p<0.05的逐步进入标准进行多变量logistic回归。分析使用SAS Studio 3.6在SAS 9.4 (SAS Institute)和R, version 3.6.1 (R Project for Statistical Computing)上进行。 HIPAA clearly defines research use of data as analyzed for this and numerous other studies based on the Quest Diagnostics Data Informatics Warehouse (45 CFR 164.501, 164.508, 164.512(i) (See also 45 CFR 164.514(e), 164.528, 164.532) Quest Diagnostics takes the additional step of having its process reviewed annual by the Western Institutional Review Board (Puyallup, Washington) who has determined the process is “deemed exempt.”

结果

我们的潜在队列包括218,372例患者。在排除缺少居住邮政编码数据的患者(n = 26387)或不确定的SARS-CoV-2 NAAT结果(n = 206)后,191779例(87.8%)患者的结果仍有待分析。该队列包括来自所有50个州和哥伦比亚特区的患者。纳入和排除患者的中位年龄和性别分布几乎相同:年龄为54.0岁,IQR为40.4-64.7岁,女性为68%,IQR为53.7岁,IQR为39.7-64.5岁。纳入患者的SARS-CoV-2阳性(9.3%,95% C.I. 9.2-9.5%)低于排除患者(10.1%,95% C.I. 9.7-10.4%) (p<0.001)。98.8%的纳入患者采用免疫测定方法评估25(OH)D水平。

较低的SARS-CoV-2阳性率与较高的循环25(OH)D水平之间存在相关性(未调整的优势比为0.979 / 1 ng/mL增量,95% C.I.为0.977-0.980)。回归分析显示,25(OH)D水平与全人群SARS-CoV-2阳性之间存在很强的相关性(r平方= 0.96)。图1)及在北纬、中纬及南纬地区(图2).当25(OH)D水平接近55 ng/mL时,与25(OH)D水平相关的阳性率下降趋于平稳;4016例55-59 ng/mL患者(6.0%,95% C.I. 5.2-6.7%)和8305例高值患者(5.9%,95% C.I. 5.4-6.4%)的SARS-CoV-2阳性率相似。25(OH)D值“充足”(30-34 ng/mL)的27,870例患者的SARS-CoV-2阳性率(8.1%,95% C.I. 7.8-8.4%)低于“不足”(<20 ng/mL)的39,190例患者(12.5%,95% C.I. 12.2% - 12.8%)(差异35%;p < 0.001)。同样,12321名25(OH)D值≥55 ng/mL的患者(5.9%,95% C.I. 5.5-6.4%)的SARS-CoV-2阳性率低于值足够的患者(差异27%;p < 0.001)。

缩略图
图1所示。人群中SARS-CoV-2 NAAT阳性率和循环25(OH)D水平。

平滑线表示拟合循环25(OH)D水平(x)与SARS-CoV-2阳性率(y)相关数据的加权二阶多项式回归,其中y = 0.2029-0.0052 *x + 4.8e-05*x2;R2= 0.96。SI换算系数:1 ng/mL = 0.400641 nmol/L。

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0239252.g001

缩略图
图2所示。

SARS-CoV-2 NAAT阳性率和循环25(OH)D水平,(A)按纬度地区划分,(B)以非西班牙裔黑人、西班牙裔和非西班牙裔白人邮政编码为主。平滑线表示与循环25(OH)D水平(x)和SARS-CoV-2阳性率(y)相关数据的加权二阶多项式回归拟合,其中:北方:y = 0.2544-0.0055 *x + 5.2e-05*x2;R2= 0.94。中心:y = 0.1745-0.0049 *x + 4.7e-05*x2;R2= 0.94。南方:y = 0.1693-0.0052 *x + 5.2e-05*x2;R2= 0.90。非西班牙裔黑人:y = 0.2948-0.0067 *x + 5.8e-05*x2;R2= 0.87。西班牙语:y = 0.2873-0.0083 *x + 8.5e-05*x2;R2= 0.95。非西班牙裔白人:y = 0.1219-0.0021 *x + 1.5e-05*x2;R2= 0.92。SI换算系数:1 ng/mL = 0.400641 nmol/L。

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0239252.g002

9529名主要来自非西班牙裔黑人邮政编码的患者(15.7%,95% C.I. 15.0-16.4%)和26242名主要来自西班牙裔西班牙邮政编码的患者(12.8%,95% C.I. 12.4-13.2%)的SARS-CoV-2阳性率高于112281名主要来自非西班牙裔白人邮政编码的患者(7.2%,95% C.I. 7.1-7.4%;两项比较P <0.001)。平均(±SD) 25(OH)D水平在主要来自非西班牙裔白人的患者中也较高(33.0±11.9 ng/mL;1 ng/mL = 0.400641 nmol/L)高于以黑人为主的非西班牙裔患者(29.1±11.0 ng/mL;p<0.001)或西班牙(28.8±10.7 ng/mL;P <0.001)邮政编码。回归分析显示,在这些组中,25(OH)D水平与SARS-CoV-2阳性之间存在很强的相关性(图2 b).

与年龄≥60岁的67,667例患者相比,120,362名年轻患者的SARS-CoV-2阳性显著升高(10.2%,95% C.I. 10.0-10.3%, 7.7%, 95% C.I. 7.5-7.9%;p<0.001)和较低的平均25(OH)D水平(29.4±10.8 ng/mL vs. 35.4±12.1 ng/mL;p < 0.001)。与130473名女性患者相比,61305名男性患者的SARS-CoV-2阳性水平更高(10.7% 95% C.I. 10.5-11.0% vs. 8.7%, 95% C.I. 8.5%-8.8%;p<0.001)和较低的平均25(OH)D水平(31.3±11.4 ng/mL vs. 31.9±11.8 ng/mL;p < 0.001)。回归分析显示,所有组中25(OH)D水平与SARS-CoV-2阳性呈强相关性(图3A和3B).

缩略图
图3所示。

按(A)年龄组和(B)性别划分的SARS-CoV-2 NAAT阳性率和循环25(OH)D水平。平滑线表示与循环25(OH)D水平(x)和SARS-CoV-2阳性率(y)相关的数据的加权二阶多项式回归,其中年龄<60岁:y = 0.2161-0.0058 *x + 5.6e-05*x2;R2= 0.94。年龄≥60岁:y = 0.1515-0.0030 *x + 2.4e-05*x2;R2= 0.91。女:y = 0.1837-0.0045 *x + 3.9e-05*x2;R2= 0.94。男:y = 0.2445-0.0068 *x + 6.9e-05*x2;R2= 0.94。SI换算系数:1 ng/mL = 0.400641 nmol/L。

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0239252.g003

在多变量logistic模型中,较低的SARS-CoV-2阳性率与较高的每ng/mL循环25(OH)D水平之间的相关性仍然显著(调整后优势比0.984,95% C.I. 0.983-0.986;p < 0.001)。在调整后和未调整的模型中,其他重要因素是男性性别、北部和中部纬度、主要是非西班牙裔黑人邮政编码,以及主要是西班牙裔邮政编码(表1).

讨论

这些结果表明,循环25(OH)D水平与SARS-CoV-2阳性呈反比关系。对于整个人群来说,血液循环水平25(OH)D <20 ng/mL的人比血液水平为30-34 ng/mL的人的阳性率高54%。covid -2阳性的风险持续下降,直至血清水平达到55 ng/mL。考虑到呼吸道病毒病原体(包括流感)的风险与25(OH)D水平之间已建立的反比关系,这一发现并不令人惊讶[14- - - - - -16].补充维生素D可减少急性呼吸道感染,特别是维生素D缺乏的人[17].之前的一项研究发现,循环中25(OH)D水平每增加4 ng/mL,季节性感染风险就会降低7%,每ng/mL降低约1.75% [18].这与我们调整后的多变量模型中发现的每纳克/毫升SARS-CoV-2阳性风险降低1.6%非常相似。

在北部、中部和南部纬度地区,循环25(OH)D水平最低的患者的SARS-CoV-2绝对阳性水平高出约5-7%。事实上,Covid - 19的诊断,特别是死亡率在全球范围内呈现出不断下降的南北纬梯度[19].SARS-CoV-2阳性与25(OH)D水平之间的反向关系在非西班牙裔黑人邮政编码中最为显著,其次是西班牙裔邮政编码。虽然25(OH)D水平似乎对所有种族/民族都起作用,但在每个25(OH)D水平上,主要来自非西班牙裔黑人邮政编码的患者的SASR-CoV-2阳性水平高于主要来自非西班牙裔白人邮政编码的患者。其他可能的原因,包括慢性疾病、职业、住房和终身风险暴露,导致COVID-19对非裔美国人和拉丁裔美国人的影响增加,此前已发表[20.- - - - - -22].

北部和中部纬度地区,主要是西班牙裔邮政编码,主要是非西班牙裔黑人邮政编码,年龄<60岁,男性性别与25(OH)D水平和SARS-CoV-2阳性均独立相关。然而,在分层分析和控制所有这些因素的模型中,SARS-CoV-2阳性与循环25(OH)D水平之间的关系仍然存在。

这项回顾性研究的局限性包括,SARS-CoV-2检测基于选择因素,包括症状的存在和严重程度以及与感染者的接触。高风险人群,如医疗工作者和急救人员,也更有可能接受检测。另一个限制是种族/民族估计是基于邮政编码的美国人口普查总比例。可能还有许多其他潜在的混杂因素,在这项研究中既没有发现也没有控制。正如预期的那样,考虑到SARS-CoV-2可以感染任何人,多变量模型显示出较差的整体拟合和相关性统计。该模型的目的是确定在对其他已确定的因素进行调整后,循环25(OH)D水平是否仍与SARS-CoV-2阳性显著相关。

这项研究的主要优势是在一个大队列中直接评估了循环25(OH)D水平;这种方法可以比使用纬度作为维生素D状态的替代品更清楚地阐明循环25(OH)D水平与SARS-CoV-2阳性的关系。

总之,SARS-CoV-2 NAAT阳性与循环25(OH)D水平呈强负相关,这种关系在不同纬度、种族/民族、性别和年龄范围内都存在。我们的发现为探索维生素D补充剂在降低SARS-CoV-2感染风险和COVID-19疾病中的作用提供了进一步的依据。如果对照试验发现这种关系是致病原因,那么其影响是巨大的,并将提供一种廉价、易得的方法来帮助预防感染,特别是对那些缺乏维生素D的人。这对非裔美国人和拉丁裔社区可能更加重要,因为他们受到COVID-19和维生素D缺乏症的影响尤其严重。在此期间,作者根据个人需求、风险因素和私人医生的建议,根据现有的内分泌学会指南,推荐负责任的维生素D补充。23].

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