פרוטוקול זה מתאר שיטה לחקירת ההשפעות הסיבתיות של חומרים מזינים על מחלות עיניים באמצעות ניתוח אקראי מנדלי. גישה זו מאפשרת זיהוי סיכון תזונתי פוטנציאלי וגורמי הגנה להפרעות עיניים חמורות.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר מחקר
פרוטוקול זה מתאר שיטה לחקירת ההשפעות הסיבתיות של חומרים מזינים על מחלות עיניים באמצעות ניתוח אקראי מנדלי. גישה זו מאפשרת זיהוי סיכון תזונתי פוטנציאלי וגורמי הגנה להפרעות עיניים חמורות.
קוצר ראייה והפרעות עיניים עיקריות נוספות, כגון קטרקט, גלאוקומה וניוון מקולרי הקשור לגיל (AMD), מציבות דאגות גוברות לבריאות הציבור ברחבי העולם. למרות שמאמינים כי תזונה משפיעה על התפתחות העיניים וניוונים, הראיות הסיבתיות נשארות מוגבלות. ניתוח אקראי מנדלי (MR) בשני דגימות בוצע באמצעות נתוני סיכום מחקר אסוציאציה גנומי רחב היקף (GWAS) להערכת ההשפעות הסיבתיות של צריכת מקרונוטריינטים תזונתיים ומיקרונוטריינטים על הסיכון לקוצר ראייה ולמחלות עיניים אחרות. שיטת השונות המשקללת ההפוכה (IVW) שימשה כניתוח ראשוני, נתמכה במדיאן משוקלל, MR-Egger ו-MR-PRESSO לבדיקות רגישות. כדי להתחשב במספר השוואות, יושם תיקון שיעור גילוי שגוי (FDR). לאחר התאמת FDR, רמות גבוהות יותר של ויטמין C שנחזו גנטית נותרו קשורות באופן מובהק לסיכון מוגבר ל-AMD (יחס סיכויים [OR] = 1.324, רווח ביטחון 95% [CI]: 1.133–1.546). נצפו מספר קשרים נוספים ברמות מובהקות נומינליות (P < 0.05), כולל צריכת שומן תזונתית גבוהה יותר עם סיכון מוגבר לקוצר ראייה (OR = 1.033, רווח בר-סמך 95%: 1.003–1.063), צריכת סוכר עם סיכון מופחת לקטרקט (OR = 0.746, רווח בר-סמך 95%: 0.561–0.993), ברזל עם סיכון לקוצר ראייה נמוך יותר (OR = 0.995, רווח בר-סמך 95%: 0.991–0.999), ויטמין D עם סיכון מוגבר לקטרקט (OR = 1.256, רווח סמך 95%: 1.062–1.487), חומצה פולית עם סיכון מופחת לקטרקט (OR = 0.843, רווח בר-סמך 95%: 0.724–0.981), וזרחן עם סיכון מופחת לגלאוקומה (OR = 0.727, רווח בר-סמך 95%: 0.554–0.953). לא נצפו עדות לפליאוטרופיה אופקית או הטרוגניות. ממצאים אלו מצביעים על תפקיד סיבתי פוטנציאלי של חומרים מזינים מסוימים בסיכון למחלות עיניים, אם כי רוב הקשרים לא נשארו משמעותיים לאחר תיקון בדיקות מרובות ולכן יש לפרש זאת בזהירות. נדרשים מחקרים נוספים כדי לאשר ממצאים אלו ולחקור את המנגנונים הביולוגיים הבסיסיים.
פגיעה בראייה הנגרמת מהפרעות עיניים מייצגת אתגר בריאות ציבור עולמי הולך וגדל, עם השלכות משמעותיות על סוציו-אקונומיה ואיכות חיים 1,2,3. מבין מצבים אלו, שגיאות שבירה הפכה לגורם מוביל לאובדן ראייה, במיוחד במזרח ובדרום-מזרח אסיה, שם השכיחות שלה בקרב צעירים מגיעה ל-80–90%, וקוצר ראייה גבוה משפיע על עד 20% מהאוכלוסייה4. עדויות אפידמיולוגיות עדכניות מצביעות על כך ששכיחות קוצר הראייה ממשיכה לעלות ברחבי העולם, ומחקרים חדשים הדגישו את תרומתם של שינויים באורח החיים המודרני, במיוחד חשיפה מוגברת למסך דיגיטלי והפחתת פעילות בחוץ, למגמה זו5. תחזיות מעריכות שעד 2050, כמעט מחצית מהאוכלוסייה העולמית עלולה להיות קוצרת ראייה, כאשר כ-10% מהם סובלים מקוצר ראייה גבוה וסיבוכים מסכני ראייה נלווים4. מעבר לקוצר ראייה, הפרעות עיניים עיקריות נוספות, כגון נונות מקולרי הקשורה לגיל (AMD), קטרקט וגלאוקומה, תורמות גם הן באופן משמעותי לאובדן ראייה גלובלי 6,7,8. בהינתן היעדר התערבויות יעילות אוניברסלית לעצירת התקדמות אובדן הראייה, זיהוי גורמים סביבתיים ואורח חיים ניתנים לשינוי הוא חיוני לפיתוח אסטרטגיות מניעה אפקטיביות.
מצבים אלו חולקים אטיולוגיות מורכבות הכוללות נטיות גנטיות וחשיפה סביבתית. ראיות מתחדשות מצביעות על כך שתזונה עשויה למלא תפקיד קריטי בהתפתחות העין, במטבוליזם הרשתית, במודולציה של לחץ חמצוני ובשמירה על שלמות מבנית ברקמות עיניים שונות 9,10,11. מספר מיקרונוטריינטים, כולל ויטמין A, ויטמין D, אבץ וברזל, היו מעורבים בשמירה על בריאות העין על ידי תמיכה בתפקוד קולטני האור, ויסות כלי דם והגנה נוגדי חמצון 12,13,14,15. לדוגמה, הוצע כי ויטמין D משפיע על גדילה עינית ונתיבי דלקת, לברזל תפקיד חיוני במטבוליזם הרשתית ובוויסות לחץ חמצוני, ואבץ משתתף בהגנה מפני נוגדי חמצון ובפעילות אפיתל של פיגמנט הרשתית. בנוסף, מאקרונוטריינטים תזונתיים כמו שומנים ופחמימות עשויים להשפיע על בריאות העין דרך מסלולים מטבוליים מערכתיים, כולל מטבוליזם של שומן, איתות אינסולין ותגובות דלקתיות. עם זאת, רוב המחקרים הקודמים שחקרו את החומרים המזינים הללו הסתמכו על עיצובים תצפיתיים, הרגישים לסיבתיות מבלבלת והפוכה, מה שמקשה לקבוע אם הקשרים הללו הם סיבתיים.
עם זאת, ממצאים ממחקרים תצפיתיים שבחנו את הקשר בין צריכת תזונה למחלות עיניים היו לא עקביים, כאשר חלקם דיווחו על קשרים משמעותיים ואחרים מצאו תוצאות אפסיות 17,18,19. סתירות אלו ככל הנראה משקפות מגבלות כמו גודל מדגמים קטן, בלבול שאריתי, הטיית זיכרון בהערכות תזונתיות, ופוטנציאל לסיבתיות הפוכה. כדי להתמודד עם פערים אלו, רנדומיזציה מנדלית (MR) מציעה כלי אפידמיולוגי עוצמתי באמצעות וריאנטים גנטיים כמשתנים אינסטרומנטליים להסקת סיבתיות בין חשיפות לתוצאות20. מכיוון שווריאנטים גנטיים ממוינים באקראי בעת ההפריה ואינם מושפעים ברובם מבלבולים סביבתיים או התנהגותיים, MR מפחית הטיה ומאפשר הסקה סיבתית אמינה יותר מאשר עיצובים תצפיתיים מסורתיים21. מחקרי אסוציאציה גנומיים רחבי היקף (GWAS) עדכניים זיהו כלים גנטיים למגוון רחב של מאקרונוטריינטים ומיקרונוטריינטים תזונתיים22,23, וכן לפנוטיפים עיניים כגון קוצר ראייה, AMD, קטרקט וגלאוקומה, מה שמאפשר הערכה מקיפה מבוססת MR של הקשרים בין תזונה להפרעת עיניים.
לכן, המטרה העיקרית של מחקר זה הייתה להעריך באופן שיטתי את ההשפעות הסיבתיות האפשריות של צריכת מאקרונוטריינטים ומיקרונוטריינטים תזונתיים על הסיכון למחלות עיניות חמורות באמצעות מסגרת אקראית מנדלית בת שתי דגימות. במיוחד, המחקר חקר האם רמות גנטית של מאקרונוטריינטים תזונתיים (כגון שומנים ופחמימות) ומיקרונוטריינטים (כולל ויטמינים ומינרלים) קשורות לסיכון לקוצר ראייה, קטרקט, גלאוקומה וניוונות מקולרי הקשור לגיל (AMD). הממצאים מספקים ראיות חדשניות להמלצות תזונה עתידיות ואסטרטגיות מניעה המתמקדות בבריאות העיניים.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
ניתוחי האקראיות המנדליאנית (MR) השתמשו בנתונים מ-GWAS (https://gwas.mrcieu.ac.uk/) הנגיש לציבור, שכבר קיבל את האישורים האתיים והמודעת הנדרשים במהלך איסוף הנתונים הראשוני. כתוצאה מכך, לא נדרשה הסכמה אתית או מדעת נוספת למחקר. התוכנה ומאגרי המידע בהם משתמשים מופיעים בטבלת החומרים.
1. נתוני חשיפה
מידע סיכום של GWAS על צריכת המקרונוטריינטים התזונתית היחסית של שומן, חלבון, פחמימות וסוכר התקבל מיותר מ-235,000 פרטים ממוצא אירופי23. צריכת התזונה של היום הקודם (UKB) או ההרגלית (כל שאר הקבוצות) נמדדה באמצעות שאלונים מקיפים של מוצרי מזון. הצריכה היחסית של כל מקרונוטריינט תוקנה על ידי סך האנרגיה הכוללת, מה שאפשר השפעות לא ליניאריות. לאחר נהלי בקרת איכות מחמירים, גודל המדגם הסופי המצטבר הוא 235,391 עבור סוכר ו-268,922 עבור שומן, חלבון ופחמימות23. המאפיינים הבסיסיים של המשתתפים שנכללו ב-GWAS של צריכת המקרונוטריינטים התזונתיים היחסית מסוכמים בטבלה 1.
נתוני האסוציאציה הגנטית של מיקרונוטריינטים נלקחו מסקירה מקיפה של הספרות הקיימת וזמינות GWASs חזקים באוכלוסיות אירופאיות. בקצרה, נכללו סטטיסטיקות סיכום של GWAS לשבעה מינרלים חיוניים: סידן בדם, נחושת, ברזל, מגנזיום, זרחן, סלניום (נמדד בדם או בדגימות ציפורניים), ואבץ 24,25,26,27,28,29,30,31 וכן שבעה ויטמינים, כולל 25-הידרוקסיויטמין D, ויטמין A1 (רטינול), ויטמין B6, ויטמין B9 (חומצה פולית), ויטמין B12, ויטמין C, וויטמין E 32,33,34,35,36,37. המאפיינים הבסיסיים של המשתתפים שנכללו ב-GWAS של מיקרונוטריינטים מסוכמים בטבלה 1.
2. נתוני תוצאות
נתוני התוצאה התקבלו מפרויקט GWAS של IEU (https://gwas.mrcieu.ac.uk/), שפותח ביחידת האפידמיולוגיה האינטגרטיבית של MRC באוניברסיטת בריסטול. באופן ספציפי, קוצר ראייה נבדק כתוצאה באמצעות נתונים מהמקור: ukb-b-6353 (n = 460,536), קטרקט מהמקור: EBI-A-GCST90018814 (n = 491,877), גלאוקומה ממקור: EBI-A-GCST90013865 (n = 406,927), וניוון מקולרי מוקדם הקשור לגיל מהמקור: EBI-A-GCST010723 (n = 105,248). המאפיינים הבסיסיים של המשתתפים שנכללו ב-GWAS של קוצר ראייה והפרעות עיניים עיקריות אחרות מסוכמים בטבלה 2. ההגדרות של פנוטיפים של מחלות עיניים התבססו על מערכי הנתונים המקוריים של GWAS. קוצר ראייה (ukb-b-6353) נגזר מהביובנק הבריטי והוגדר על בסיס שימוש מדווח עצמי במשקפיים או עדשות מגע בעיקר לצפייה מרחוק (קוצר ראייה). תוצאות קטרקט וגלאוקומה הושגו ממטא-אנליזות GWAS גדולות המבוססות על מקרים קליניים שזוהו באמצעות רשומות רפואיות או סטטיסטיקות של התקפים בבית חולים. ניוון מקולרי הקשור לגיל מוקדם (AMD) הוגדר לפי קריטריונים אבחנתיים סטנדרטיים ששימשו במחקרי קונסורציום GWAS המקוריים. הבדלים בהגדרות הפנוטיפים בין מחקרים עשויים להכניס הטרוגניות מסוימת ויש לקחת בחשבון אותם בעת פירוש התוצאות.
3. בחירת משתנים אינסטרומנטליים
פולימורפיזמים חד-נוקלאוטידיים (SNPs) הקשורים לחשיפה במובהקות כלל-גנומית (P < 5 × 10⁻8) נבחרו כמשתנים אינסטרומנטליים. SNPs עצמאיים נבחרו כמשתנים אינסטרומנטליים עם סף r2 של < 0.001, בהתבסס על מרחקם בטווח של 10,000 קילובייט בנתוני 1000G האירופיים, באמצעות חבילת "TwoSampleMR" R. חוזק המכשירים שנבחרו הוערך באמצעות הסטטיסטיקה F38. סטטיסטיקה של F מעל 10 נחשבת בדרך כלל למדד על משתנים אינסטרומנטלייםחזקים 39. כל הניתוחים תואמו כדי להבטיח יישור של אללי ההשפעה בין מערכי הנתונים של חשיפה לתוצאה.
4. הערכות אקראיות מנדליאניות
כדי להעריך את הקשר הסיבתי בין מאקרונוטריינטים תזונתיים למיקרונוטריינטים לבין קוצר ראייה והפרעות עיניות עיקריות נוספות, הוחלה חבילת "TwoSampleMR" R לניתוח MR. וריאנטים גנטיים הקשורים לכל אחד מהמאקרונוטריינטים והמיקרונוטריינטים התזונתיים שימשו כמשתנים כלים לבחינת הקשר הסיבתי שלהם לקוצר ראייה ולהפרעות עיניים עיקריות אחרות. ניתוח MR נשען על שלוש הנחות עיקריות: (1) הנחת הרלוונטיות, לפיה הווריאנטים הגנטיים קשורים חזק לחשיפות; (2) הנחת העצמאות, שבה הווריאנטים בלתי תלויים במבלבלים; ו-(3) הנחת הגבלת ההדרה, שבה הווריאנטים משפיעים על התוצאה רק דרך חשיפת העניין. יושמו מספר שיטות MR, כולל שונות הפוכה משוקללת (IVW), חציון משוקלל, מצב משוקלל ו-MR-Egger, כאשר IVW שימש כגישה העיקרית ושיטות נוספות להערכת עמידות הממצאים. שיטת IVW מספקת את ההערכה הסיבתית המדויקת ביותר כאשר כל המשתנים האינסטרומנטליים תקפים או כאשר הפליאוטרופיה האופקית מאוזנת בין וריאנטים. האומדן החציוני המשוקלל יכול לייצר הערכות עקביות גם אם עד 50% מהמכשירים הגנטיים אינם תקפים. שיטת הרגרסיה MR-Egger מאפשרת זיהוי פליאוטרופיה כיוונית על ידי הערכת מונח יירוט המשקף את ההשפעה הפליאוטרופית הממוצעת בין וריאנטים גנטיים. בתחילה, חושבו הערכות סיבתיות באמצעות מודלים של IVW עם השפעות קבועות, ומודלים של IVW עם השפעות אקראיות שימשו כאשר התגלתה הטרוגניות משמעותית (p < 0.05). כדי להתחשב בהשוואות מרובות בין חשיפות ותוצאות שונות, יושם תיקון קצב גילוי שגוי (FDR) באמצעות שיטת בנג'מיני–הוכברג. המובהקות הסטטיסטית הוגדרה כ-P מותאם על ידי FDR < 0.05, בעוד ש-P < 0.05 נחשבה למובהק נומינלית. כל הניתוחים בוצעו ב-R (גרסה 4.1.2). כדי להבהיר את המסגרת האנליטית, מוצג ייצוג סכמטי של עיצוב ה-MR וההנחות באיור 1.
5. ניתוחי הטרוגניות ורגישות
כדי להעריך את עמידות תוצאות ה-MR, בוצעו בדיקות הטרוגניות לזיהוי אי-עקביות פוטנציאליות בין המשתנים המכשיריים. ההטרוגניות הוערכה באמצעות סטטיסטיקת Cochran Q, שבה ערך P של < 0.05 הצביע על הטרוגניות מובהקת40. בוצעו ניתוחי רגישות נוספים להערכת פליאוטרופיה פוטנציאלית, שבה וריאנטים גנטיים עשויים להשפיע על התוצאה דרך מסלולים ביולוגיים שאינם החשיפה הרלוונטית. הפליאוטרופיה הכיוונית הוערכה באמצעות בדיקת יירוט רגרסיה MR-Egger41. בנוסף, שיטת MR-PRESSO (MR-PRESSO) יושמה לזיהוי והסרה של חריגים פליאוטרופיים פוטנציאליים (עמוד < 0.05) ולמתן הערכות סיבתיות מתוקנות בעת הצורך.41.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
ההשפעות הסיבתיות המשמעותיות של צריכת מאקרונוטריינטים ומיקרונוטריינטים תזונתיים על קוצר ראייה והפרעות עיניים משמעותיות נוספות, כפי שזוהו בשיטת IVW, מסוכמות בטבלה 3 ומוצגות באיור 2. כדי להתחשב בהשוואות מרובות בין חשיפות ותוצאות שונות, יושם תיקון רוזוולט. לאחר התאמת FDR, רק הקשר בין רמות ויטמין C הצפויות גנטית לבין הסיכון המוגבר ל-AMD מוקדם נותר מובהק סטטיסטית (OR = 1.324, רווח בר-סמך 95%: 1.133–1.546, P = 4.00 × 10⁻4). כל בדיקות ההט...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
במחקר זה, הוערכו באופן שיטתי ההשפעות הסיבתיות האפשריות של צריכת מאקרונוטריינטים תזונתיים ומיקרונוטריינטים על הסיכון לקוצר ראייה ולהפרעות עיניות משמעותיות נוספות, כולל קטרקט, גלאוקומה ו-AMD. לאחר תיקון השוואות מרובות בשיטת שיעור הגילוי השגוי (FDR), רק הקשר בין רמות ויטמין C החזויות גנטית לבין הסיכון המוגבר ל-AMD נותר מובהק סטטיסטית. נצפו מספר אסוציאציות נוספות ברמות מובהקות נומינליות, כולל צריכת שומן יחסית גבוהה יותר עם סיכון מוגבר לקוצר ראייה, רמות ברזל גבוהות יותר עם סיכון מופחת לקוצר ר...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
המחברים מצהירים שאין להם אינטרסים מתחרים.
מחקר זה נתמך על ידי קרן המחקר המדעי המיוחדת של הפקולטה לרפואה לתווי פנים, אוניברסיטת המדע והטכנולוגיה של חוביי (מס' 2020XZ43) ופרויקט מחקר הוראה של אוניברסיטת המדע והטכנולוגיה של הוביי (מס' 2023XY052).
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| מסד הנתונים של IEU GWAS | יחידת האפידמיולוגיה האינטגרטיבית של MRC, אוניברסיטת בריסטול | www.gwas.mrcieu.ac.uk | מקור סטטיסטיקות סיכום GWAS |
| חבילת MR-PRESSO R | GitHub (מפתחי MR-PRESSO) | www.github.com/rondolab/MR-PRESSO | משמש לזיהוי פליאוטרופיה וחריגים |
| תוכנת R (גרסה 4.1.2) | קרן R | www.r-project.org | משמש לכל הניתוחים הסטטיסטיים והאקראיות המנדלית |
| חבילת TwoSampleMR R | יחידת האפידמיולוגיה האינטגרטיבית של MRC | www.mrcieu.github.io/TwoSampleMR | משמש לניתוח רנדומיזציה מנדלית |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.