循环中的微量营养素与不孕风险之间的因果关联：一项孟德尔随机化研究

《Food Science & Nutrition》：Causal Associations of Circulating Micronutrients With the Risk of Infertility: A Mendelian Randomization Study

本研究通过孟德尔随机化分析，发现血清硒、铁和β-胡萝卜素水平升高可降低女性不孕风险，而高磷水平则与男性不孕风险显著相关，为性别特异性营养干预提供了依据。

　　全球约有4800万对夫妇受到不孕不育的困扰，这一问题不仅影响个体的生活质量，也对社会和医疗系统造成深远影响。近年来，越来越多的研究表明，微量营养素在生殖健康中扮演着重要角色。本研究通过孟德尔随机化（Mendelian Randomization, MR）方法，探讨了15种微量营养素与不孕不育之间的因果关系，旨在为现有的营养流行病学研究提供补充，并推动基于性别的精准营养策略的发展。这些微量营养素包括硒、铁、β-胡萝卜素、钙、镁、磷、叶酸、维生素B6、B12、C、D、锌、铜、碘和锰，它们在人体内虽然含量较低，但对维持正常的生殖功能至关重要。

在研究设计中，研究人员利用了欧洲祖先群体的全基因组关联研究（Genome-Wide Association Study, GWAS）数据，对这些微量营养素与不孕不育之间的因果关系进行了系统分析。为了确保因果推断的准确性，研究采用了逆方差加权MR作为主要分析方法，并结合MR-Egger和加权中位数方法进行补充分析。这种多层次的分析策略有助于减少混杂因素和反向因果关系的影响，从而更可靠地评估微量营养素对生殖健康的具体作用。

研究结果表明，在女性中，遗传预测的较高水平的硒、铁和β-胡萝卜素与不孕风险呈负相关，提示这些营养素可能具有保护作用。具体而言，硒的遗传预测浓度每增加1单位，女性不孕风险降低约6%（OR=0.94，95% CI=0.90–0.99，p=0.019）；铁的遗传预测浓度每增加1单位，女性不孕风险降低约11%（OR=0.89，95% CI=0.80–0.98，p=0.023）；β-胡萝卜素的遗传预测浓度每增加1单位，女性不孕风险降低约13%（OR=0.87，95% CI=0.80–0.96，p=0.005）。这些发现表明，硒、铁和β-胡萝卜素可能在女性不孕的预防和治疗中发挥关键作用。然而，在男性中，只有磷的遗传预测浓度与不孕风险呈显著正相关（OR=4.05，95% CI=1.37–11.96，p=0.011），提示磷可能是一个重要的男性不孕风险因素。

为了确保研究的科学性和可靠性，研究人员在方法学上进行了严格的设计和验证。首先，他们通过GWAS数据筛选出15种微量营养素，并基于生物学相关性和基因组数据的可获得性进行了优先选择。这些数据来源包括多个大型研究项目，如FinnGen Consortium，这些项目提供了丰富的样本量和详细的基因型信息，确保了研究结果的统计学效力。其次，研究采用了一系列严格的遗传工具选择标准，包括设定p值小于10E-8以确保遗传变异与暴露因素之间的强关联性，同时排除了与潜在混杂变量相关联的遗传位点，并通过连锁不平衡（linkage disequilibrium）和基因型方向一致性检查来确保遗传工具的有效性。

在因果推断方面，研究团队使用了多种MR分析方法，包括逆方差加权（Inverse-Variance Weighted, IVW）、MR-Egger和加权中位数方法，以确保结果的稳健性和一致性。此外，还进行了敏感性分析，如留一法（leave-one-out）测试，以评估不同遗传位点对结果的影响，并通过Cochran’s Q检验和MR-Egger测试来检测异质性和水平多效性（horizontal pleiotropy）。这些分析方法的应用有助于减少潜在的偏倚，并增强研究结论的可信度。

研究结果的稳健性在多个方面得到了验证。例如，留一法测试显示，即使移除个别遗传位点，整体结果仍然保持一致，说明研究结论具有较强的抗干扰能力。同时，通过散点图和森林图的分析，研究人员发现，尽管某些遗传位点可能对效应估计产生影响，但这些影响并未改变整体的关联趋势，表明研究结果具有一定的可靠性和可重复性。此外，研究还指出，尽管部分微量营养素在男性中的关联性未达到显著水平，但这些结果仍可能为未来的深入研究提供方向。

从生物学机制的角度来看，这些微量营养素在生殖过程中的作用涉及多个层面。例如，硒作为一种重要的抗氧化剂，不仅有助于保护卵泡细胞免受氧化应激的损害，还在调节甲状腺功能和维持胚胎发育方面发挥关键作用。铁则通过支持卵泡发育和能量代谢，对女性的生殖功能产生积极影响。β-胡萝卜素作为抗氧化剂，能够改善卵子的质量，促进卵泡的成熟，并通过减少氧化应激和细胞凋亡来增强女性的生育能力。相比之下，磷在男性中的作用则更加复杂，其高浓度可能通过加重睾丸氧化应激和干扰激素平衡，对男性生育能力产生负面影响。

研究的局限性也值得重视。首先，由于研究样本主要来自欧洲祖先群体，因此其结果可能无法直接推广到其他种族或文化背景的人群中。不同人群的遗传背景、饮食习惯和环境因素可能对微量营养素的代谢和作用产生显著差异。其次，研究依赖于循环微量营养素的生物标志物作为代理指标，这些指标可能无法完全反映组织内实际的营养浓度或长期的营养状态，特别是对于那些具有复杂储存和调节机制的营养素。此外，尽管MR方法在一定程度上可以减少混杂因素的影响，但某些微量营养素可能由于可用的显著SNP数量有限，仍然存在弱工具偏倚（weak instrument bias）的风险。最后，男性不孕样本量相对较小（仅680例），可能降低了检测细微关联的能力。

基于这些发现，研究提出了未来研究的方向和建议。首先，建议开展多祖先群体的MR研究和队列研究，以验证研究结果在不同人群中的普遍性，并探索种族差异对微量营养素代谢和不孕机制的影响。其次，应进一步研究这些微量营养素在特定组织中的浓度变化，如卵巢卵泡、睾丸、子宫内膜和精液，以更深入地理解它们在不同性别中的作用机制。第三，可以整合基因-环境交互作用的分析，探讨饮食模式和环境暴露如何影响微量营养素的生物利用度及其对生殖功能的调节作用。最后，建议开展针对已识别路径的随机对照试验（Randomized Controlled Trials, RCTs），例如对硒、铁和β-胡萝卜素进行补充试验，或对磷进行饮食干预，以验证这些营养素在不孕预防和治疗中的实际效果，并确定最佳的剂量和使用方式。

总的来说，这项研究通过MR方法揭示了微量营养素与不孕之间的复杂关系，为精准营养策略的制定提供了重要的科学依据。研究不仅强调了硒、铁和β-胡萝卜素在女性不孕中的保护作用，还指出了磷在男性不孕中的潜在风险。这些发现为未来在不同性别中制定个性化的营养干预措施提供了方向，并有望改善不孕的预防和治疗效果。然而，研究结果的推广和应用仍需进一步的验证和探索，特别是在不同种族、不同年龄和不同生活方式背景下，微量营养素的作用可能呈现出显著的差异。因此，未来的研究应更加注重这些方面的多样性，以确保研究结论的广泛适用性和科学价值。