Mendelian randomization (MR) is a popular epidemiological approach that utilizes genetic variants as instrumental variables (IVs) to infer the causal relationships between exposures and an outcome in the genome-wide association studies (GWAS) era. It is well-known that the inverse-variance weighted (IVW) estimate of causal effect suffers from bias caused by the violation of valid IV conditions, however, the quantitative degree of this bias has not been well characterized and understood. This paper contributes to the theoretical investigation and practical solution of the causal effect estimation in multivariable MR. First, we prove that the bias of IVW estimate is a product of the weak instrument and estimation error biases, where the estimation error bias is caused linearly by measurement error and confounder biases with a trade-off due to the sample overlap among exposure and outcome GWAS cohorts. Second, we demonstrate that our novel multivariable MR approach, MR using Bias-corrected Estimating Equation (MRBEE), can estimate the causal effect unbiasedly in the presence of many weak IVs. Asymptotic behaviors of IVW and MRBEE are investigated under moderate conditions, where MRBEE is shown superior to IVW in terms of unbiasedness and asymptotic validity. Simulations exhibit that only MRBEE can provide a strongly asymptotically unbiased estimate of causal effect in comparison with existing MR methods. Applied to data from the UK Biobank, MRBEE can eliminate weak instrument and estimation error biases and provide valid causal inferences. R package MRBEE is available online.


翻译:使用基因变异作为工具变量(IVs)来推断接触和基因组整体协会研究(GWAS)时代结果之间的因果关系;众所周知,反差加权(IVW)对因果关系的估计是因违反有效的四类条件而产生的偏见造成的;然而,这种偏差的量化程度没有很好描述和理解;本文有助于对多种可变MR中因果估计的理论调查和实际解决办法。 首先,我们证明IVW估计数的偏差是薄弱仪器和估计误差偏差的产物,其中估计误差是由测量错误和误差引起的线性偏差,而因暴露和结果GWASS组之间的抽样重叠而造成偏差。第二,我们证明我们的新颖的多变性方法,即使用Bias校准的准确估计(MRBEEE),能够对许多薄弱的IV的估算中的因果关系作出公正的估计。 将IVW和MWREE的误差与SMARE的正统性、MEEBR的正比性、MEIA的正统性、MEBR的正统性、MIBR的正性、MEA、MRBR的正性、MIBR的正向展示提供中,只能提供的正的正中,只能的正的正性、正性、正性原则的正性原则,只能的正的正性原则的正性能提供中,只能的正性原则的正性原则的正的正性原则的正性、可提供中性、可提供中性、可提供中性、可提供中性、可提供中性、可提供中性、可提供中性原则性、可提供中性原则的可提供中性电子。

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