Background Assessing the relationship between lung cancer and metabolic conditions is challenging because of the confounding effect of tobacco. Mendelian randomization (MR), or the use of genetic instrumental variables to assess causality, may help to identify the metabolic drivers of lung cancer. Methods and findings We identified genetic instruments for potential metabolic risk factors and evaluated these in relation to risk using 29,266 lung cancer cases (including 11,273 adenocarcinomas, 7,426 squamous cell and 2,664 small cell cases) and 56,450 controls. The MR risk analysis suggested a causal effect of body mass index (BMI) on lung cancer risk for two of the three major histological subtypes, with evidence of a risk increase for squamous cell carcinoma (odds ratio (OR) [95% confidence interval (CI)] = 1.20 [1.01–1.43] and for small cell lung cancer (OR [95%CI] = 1.52 [1.15–2.00]) for each standard deviation (SD) increase in BMI [4.6 kg/m2]), but not for adenocarcinoma (OR [95%CI] = 0.93 [0.79–1.08]) (Pheterogeneity = 4.3x10-3). Additional analysis using a genetic instrument for BMI showed that each SD increase in BMI increased cigarette consumption by 1.27 cigarettes per day (P = 2.1x10-3), providing novel evidence that a genetic susceptibility to obesity influences smoking patterns. There was also evidence that low-density lipoprotein cholesterol was inversely associated with lung cancer overall risk (OR [95%CI] = 0.90 [0.84–0.97] per SD of 38 mg/dl), while fasting insulin was positively associated (OR [95%CI] = 1.63 [1.25–2.13] per SD of 44.4 pmol/l). Sensitivity analyses including a weighted-median approach and MR-Egger test did not detect other pleiotropic effects biasing the main results. Conclusions Our results are consistent with a causal role of fasting insulin and low-density lipoprotein cholesterol in lung cancer etiology, as well as for BMI in squamous cell and small cell carcinoma. The latter relation may be mediated by a previously unrecognized effect of obesity on smoking behavior.

MicroRNAs (miRNAs) regulate gene expression. It has been suggested that obtaining miRNA expression profiles can improve classification, diagnostic, and prognostic information in oncology. Here, we sought to comprehensively identify the miRNAs that are overexpressed in lung cancer by conducting miRNA microarray expression profiling on normal lung versus adjacent lung cancers from transgenic mice. We found that miR-136, miR-376a, and miR-31 were each prominently overexpressed in murine lung cancers. Real-time RT-PCR and in situ hybridization (ISH) assays confirmed these miRNA expression profiles in paired normal-malignant lung tissues from mice and humans. Engineered knockdown of miR-31, but not other highlighted miRNAs, substantially repressed lung cancer cell growth and tumorigenicity in a dose-dependent manner. Using a bioinformatics approach, we identified miR-31 target mRNAs and independently confirmed them as direct targets in human and mouse lung cancer cell lines. These targets included the tumor-suppressive genes large tumor suppressor 2 (LATS2) and PP2A regulatory subunit B alpha isoform (PPP2R2A), and expression of each was augmented by miR-31 knockdown. Their engineered repression antagonized miR-31–mediated growth inhibition. Notably, miR-31 and these target mRNAs were inversely expressed in mouse and human lung cancers, underscoring their biologic relevance. The clinical relevance of miR-31 expression was further independently and comprehensively validated using an array containing normal and malignant human lung tissues. Together, these findings revealed that miR-31 acts as an oncogenic miRNA (oncomir) in lung cancer by targeting specific tumor suppressors for repression.

Impaired lung function is often caused by cigarette smoking, making it challenging to disentangle its role in lung cancer susceptibility. Investigation of the shared genetic basis of these phenotypes in the UK Biobank and International Lung Cancer Consortium (29,266 cases, 56,450 controls) shows that lung cancer is genetically correlated with reduced forced expiratory volume in one second (FEV1: r g=0.098, p=2.3×10−8) and the ratio of FEV1 to forced vital capacity (FEV1/FVC: r g=0.137, p=2.0×10−12). Mendelian randomization analyses demonstrate that reduced FEV1 increases squamous cell carcinoma risk (odds ratio (OR)=1.51, 95% confidence intervals: 1.21-1.88), while reduced FEV1/FVC increases the risk of adenocarcinoma (OR=1.17, 1.01-1.35) and lung cancer in never smokers (OR=1.56, 1.05-2.30). These findings support a causal role of pulmonary impairment in lung cancer etiology. Integrative analyses reveal that pulmonary function instruments, including 73 novel variants, influence lung tissue gene expression and implicate immune-related pathways in mediating the observed effects on lung carcinogenesis.

Quantifying the genetic correlation between cancers can provide important insights into the mechanisms driving cancer etiology. Using genome-wide association study summary statistics across six cancer types based on a total of 296,215 cases and 301,319 controls of European ancestry, we estimate the pair-wise genetic correlations between breast, colorectal, head/neck, lung, ovary and prostate cancer, and between cancers and 38 other diseases. We observed statistically significant genetic correlations between lung and head/neck cancer (rg=0.57, p=4.6x10-8), breast and ovarian cancer (rg=0.24, p=7x10-5), breast and lung cancer (rg=0.18, p=1.5x10-6) and breast and colorectal cancer (rg=0.15, p=1.1x10-4). We also found that multiple cancers are genetically correlated with non-cancer traits including smoking, psychiatric diseases and metabolic characteristics. Functional enrichment analysis revealed a significant excess contribution of conserved and regulatory regions to cancer heritability. Our comprehensive analysis of cross-cancer heritability suggests that solid tumors arising across tissues share in part a common germline genetic basis.