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研究記事

食事中の高量栄養素および微量栄養素が近視やその他の主要な眼疾患に与える因果関係:メンデルランダム化研究

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DOI：

10.3791/70258

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2026年5月26日

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1School of Stomatology and Optometry, Hubei University of Science and Technology

この記事について

サマリー

このプロトコルは、メンデルランダム化解析を用いて、食事栄養素が眼疾患に与える因果的影響を調査する方法を説明しています。このアプローチにより、主要な眼疾患に対する潜在的な栄養リスクや保護要因の特定が可能になります。

要約

近視や白内障、緑内障、加齢黄斑変性症(AMD)などの主要な眼疾患は、世界中で公衆衛生上の懸念を増大させています。栄養は眼の発達や変性に影響を与えると考えられていますが、因果関係の証拠は限られています。大規模なゲノムワイド関連研究(GWAS)の要約データを用いて、食事中のマクロ栄養素および微量栄養素摂取が近視およびその他の眼疾患リスクに与える因果的影響を評価するために、2標本メンデルランダム化(MR)解析を実施しました。主な解析として逆分散加重法(IVW)が用いられ、感度検定には加重中央値、MR-Egger、MR-PRESSOが支持しました。複数の比較を考慮し、偽発見率(FDR)補正が適用されました。FDR調整後も、遺伝的に予測されるビタミンCレベルが高いとAMDリスクの増加と有意に関連していました(オッズ比[OR] = 1.324、95%信頼区間[CI]:1.133–1.546)。名目上の有意水準(P < 0.05)でいくつかの追加の関連が観察され、近視リスクの増加を伴う相対脂肪摂取の増加(OR = 1.033、95% CI: 1.003–1.063)、白内障リスク低下を伴う砂糖摂取(OR = 0.746、95% CI: 0.561–0.993)、近視リスクが低い鉄分(OR = 0.995、95% CI: 0.991–0.999)、白内障リスク増加を伴うビタミンD(OR = 1.256、 白内障リスクを低減した葉酸(OR = 0.843、95% CI:0.724–0.981)、緑内障リスクを低減したリン(OR = 0.727、95% CI:0.554–0.953)。水平多面性や異質性の証拠は観察されませんでした。これらの発見は、特定の栄養素が眼疾患リスクに因果関係を持つ可能性を示唆していますが、多くの関連は複数回の検査修正後も有意なまま残りませんでした。したがって、慎重に解釈する必要があります。これらの発見を確認し、生物学的なメカニズムを探るためにはさらなる研究が必要です。

概要

眼疾患による視覚障害は、社会経済的および生活の質に大きな影響を及ぼす、世界的に深刻な公衆衛生上の課題を示しています。これらの疾患の中で、屈折不正は視力喪失の主な原因として浮上しており、特に東アジアおよび東南アジアでは若年成人の有病率が80〜90%に達し、近視は人口の最大20%に影響を及ぼします4。より新しい疫学的証拠は、近視の有病率が世界的に増加し続けていることを示唆しており、最近の研究では、特にデジタルスクリーンの露出増加や屋外活動の減少など、現代の生活習慣の変化がこの傾向に寄与していることが強調されています5。予測によると、2050年までに世界人口のほぼ半数が近視であり、約10%が高度近視およびそれに伴う視力を脅かす合併症を経験する可能性があると4。近視以外にも、加齢黄斑変性症(AMD)、白内障、緑内障など他の主要な眼疾患も全視力喪失に大きく寄与しています 6,7,8。視力喪失の進行を止める普遍的に効果的な介入が存在しない現状を踏まえ、改善可能な環境要因や生活習慣要因の特定は効果的な予防戦略を策定する上で極めて重要です。

これらの疾患は遺伝的素因と環境曝露の両方に関わる複雑な病因を共有しています。新たな証拠は、栄養が眼の発達、網膜代謝、酸化ストレス調節、そしてさまざまな眼組織の構造的完全性の維持において重要な役割を果たす可能性を示唆しています(9,10,11)。ビタミンA、ビタミンD、亜鉛、鉄分などのいくつかの微量栄養素は、光受容体の機能、血管の調節、抗酸化防御を支えることで眼の健康維持に関与しているとされています。例えば、ビタミンDは眼の成長や炎症経路に影響を与えることが示唆されており、鉄は網膜代謝と酸化ストレス調節に重要な役割を果たし、亜鉛は抗酸化防御や網膜色素上皮の機能に関与しています。さらに、脂肪や炭水化物などの食事性高量栄養素は、脂質代謝、インスリンシグナル伝達、炎症反応などの全身代謝経路を通じて眼の健康に影響を与える可能性があります(16,17)。しかし、これらの栄養素を調査したこれまでの多くの研究は観察設計に依存しており、交絡や逆因果関係に影響されやすく、これらの関連が因果関係かどうかを判断するのが困難です。

しかし、食事摂取と眼疾患の関係を調べた観察研究の結果は一貫性がなく、有意な関連を報告するものもあれば、無効結果とされるものは17、18、19と報告されています。これらの不一致は、サンプル数の少さ、残留交絡、食事評価における想起バイアス、逆因果の可能性などの制約を反映していると考えられます。これらのギャップを埋めるために、メンデルランダム化(MR)は遺伝的変異をツール変数として用いて、曝露とアウトカム間の因果関係を推定する強力な疫学的手法を提供します。遺伝的変異は受精時にランダムに混在し、環境や行動の交絡要因の影響をほとんど受けないため、MRはバイアスを減らし、従来の観察設計よりも信頼性の高い因果推論を可能にします(21)。最近の大規模なゲノムワイド関連研究(GWAS)では、食事中の多量栄養素および微量栄養素22,23、さらに近視、AMD、白内障、緑内障などの眼表現型に関する遺伝的手法が特定され、食事と眼の疾患関係の包括的なMR評価が可能となりました。

したがって、本研究の主な目的は、2サンプルメンデルランダム化フレームワークを用いて、食事中の多量栄養素および微量栄養素摂取が主要な眼疾患のリスクに与える潜在的な因果効果を体系的に評価することでした。具体的には、脂肪や炭水化物などの食事のマクロ栄養素や微量栄養素(ビタミンやミネラルを含む)の遺伝的に予測されるレベルが、近視、白内障、緑内障、加年黄斑変性症(AMD)のリスクと関連しているかどうかを調査しました。これらの発見は、今後の目の健康を対象とした食事推奨や予防戦略の参考となる新たな証拠を提供します。

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プロトコル

メンデルランダム化(MR)解析は、初期データ収集時に必要な倫理的かつ十分な同意を得ていた公開利用可能なGWAS(https://gwas.mrcieu.ac.uk/)のデータを利用しました。したがって、本研究に対してそれ以上の倫理的または十分な情報に基づく同意は必要ありませんでした。使用されているソフトウェアおよびデータベースは 材料表に記載されています。

1. 露出データ

脂肪、タンパク質、炭水化物、砂糖の相対的な食事のマクロ栄養素摂取に関するGWASの概要情報は、ヨーロッパ系の23万5千人以上から取得されました。前日の食事摂取量(UKB)または習慣的(その他のすべてのコホート)は包括的食品項目質問票を用いて収集しました。各マクロ栄養素の相対的な摂取量は総エネルギー摂取量で補正され、非線形効果が可能となりました。厳格な品質管理手順に従い、最終的な集計サンプル数は砂糖が235,391、脂肪、タンパク質、炭水化物が268,922です。GWASに含まれる参加者の相対的な食事的マクロ栄養素摂取の基本的特徴は表1にまとめられています。

微量栄養素の遺伝的関連データは、既存の文献の包括的なレビューとヨーロッパ集団における堅牢なGWASの利用可能性から得られました。簡単に言えば、血清カルシウム、銅、鉄、マグネシウム、リン、セレン(血液または足の爪サンプルで測定)、および亜鉛24,25,26,27,28,29,30,31という7つの必須ミネラルのGWAS要約統計が含まれていましたさらに、25-ヒドロキシビタミンD、ビタミンA1(レチノール)、ビタミンB6、ビタミンB9(葉酸)、ビタミンB12、ビタミンC、ビタミンE32,33,34,35,36,37の7つのビタミンが含まれています。微量栄養素のGWASに含まれる参加者の基本的特徴は表1にまとめられています。

2. アウトカムデータ

アウトカムデータは、ブリストル大学MRC統合疫学ユニットで開発されたIEU GWASプロジェクト(https://gwas.mrcieu.ac.uk/)から取得されました。具体的には、近視は出所データ:ukb-b-6353(n = 460,536)、白内障(出典:ebi-a-GCST90018814(n=491,877)、緑内障(出典:ebi-a-GCST90013865(n=406,927)、および出自(ebi-a-GCST010723(n=105,248)を用いて結果として検証されました。近視およびその他の主要な眼疾患のGWAS参加者の基本的特徴は 表2にまとめられています。眼疾患の表現型の定義は、元のGWASデータセットに基づいていました。近視(ukb-b-6353)は英国バイオバンクから派生し、主に遠距離観察(近視)のために自己申告で眼鏡やコンタクトレンズの使用を基準に定義されました。白内障および緑内障のアウトカムは、医療記録や病院エピソード統計から特定された臨床診断症例に基づく大規模なGWASメタアナリシスから得られました。初期加齢黄斑変性(AMD)は、元のGWASコンソーシアム研究で用いられた標準化された診断基準に基づいて定義されました。研究間で表現型定義の違いは異質性を生じさせる可能性があり、結果の解釈時に考慮すべきです。

3. 計器変数の選択

ゲノム全体有意性(P < 5 × 10⁻8)の曝露に関連する単一塩基多型(SNP)が計測変数として選ばれました。独立したSNPは、1000Gヨーロッパデータ内の距離10,000 kb以内の距離に基づき、r2閾値<0.001の計道変数として選ばれ、「TwoSampleMR」Rパッケージを使用しました。選定された計測器の強さはF統計量38を用いて評価されました。F統計量が10を超えると、一般的に強い計測変数39の指標と考えられます。すべての解析は、曝露データセットとアウトカムデータセット間の効果対立遺伝子の整合性を確保するよう調和されました。

4. メンデルランダム化推定値

食事の多量栄養素と微量栄養素と近視およびその他の主要な眼疾患との因果関係を推定するために、「TwoSampleMR」RパッケージをMR解析に適用しました。食事中のマクロ栄養素および微量栄養素に関連する遺伝的変異を、近視やその他の主要な眼疾患との因果関係を調べるための道具変数として用いられました。MR解析は3つの主要な前提に基づいています。(1) 関連性仮定、すなわち遺伝的変異が曝露と強く関連しているという仮定;(2) 変異体が交絡因子から独立する独立性仮定;および(3)除外制限仮定、すなわち変異体が関心の露出を通じてのみ結果に影響を与えるという仮定。逆分散加重法(IVW)、加重中央値法、加重モード法、MR-Egger法など複数のMR手法が導入され、IVWが主要なアプローチであり、その他の方法として所見の堅牢性を評価するために用いられました。IVW法は、すべての計器変数が有効である場合や、水平多面性がバリアント間で均衡される場合に最も正確な因果推定を提供します。加重中央値推定量は、最大50%の遺伝的手法が無効であっても一貫した推定値を生成できます。MR-エッガー回帰法は、遺伝変異間の平均多面性効果を反映した切片項を推定することで方向性多数性を検出することを可能にします。当初、因果推定値は固定効果IVWモデルを用いて算出され、有意な異質性が検出された場合(p < 0.05)ランダム効果IVWモデルが用いられました。複数の曝露およびアウトカムにわたる比較を考慮するために、ベンジャミニ–ホッホバーグ法を用いた偽発見率(FDR)補正が適用されました。統計的有意性はFDR調整後の P < 0.05 、P < 0.05と定義され、名目上有意とされました。すべての解析はR(バージョン4.1.2)で実施されました。解析的枠組みを明確にするために、MR設計と仮定の概略的表現は 図1に示されています。

5. 異質性と感度分析

MR結果の堅牢性を評価するために、機器変数間の潜在的な不整合を検出するために異質性検定を実施しました。異質性はコクランQ統計量を用いて評価され、 P 値が< 0.05であれば有意な異質性40を示しました。さらに、関心のある曝露以外の生物学的経路を通じて遺伝的変異が結果に影響を与える可能性のある多数力性を評価するために、感度解析も実施されました。方向性多面性はMR-エッガー回帰切断検定41を用いて評価されました。さらに、メンデル無作為化多面性重複和外値(MR-PRESSO)法を用いて、潜在的な多面性外れ値(p < 0.05)を特定し除去し、必要に応じて補正因果推定値を提供しました41。

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結果

IVW法で特定された食事のマクロ栄養素および微量栄養素摂取が近視やその他の主要な眼疾患に与える有意な因果関係は、 表3 にまとめられ、 図2に示されています。複数の曝露およびアウトカムにわたる比較を考慮するために、FDR補正が適用されました。FDR調整後、遺伝的に予測されるビタミンCレベルと早期AMDリスクの増加との関連のみが統計的に有意なままでした(OR = 1.324、95% CI: 1.133–1.546、P = 4.00 × 10⁻4)。IVWモデルのすべての異質性検定は有意でない結果(P > 0.05)を示し、計測変数間の一貫性を示しました。さらに、MR-エッガー回帰を用いた方向性多面性の証拠は検出されず、MR-PRESSOグローバルテストでは水平多面性は検出されませんでした。

相対的な食事のマクロ栄養素摂取が近視やその他の主要な眼疾患に与える因果関係

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ディスカッション

本研究では、食事中のマクロ栄養素および微量栄養素の摂取が近視や白内障、緑内障、AMDを含む他の主要な眼疾患のリスクに与える潜在的な因果関係を体系的に評価しました。偽発見率(FDR)法を用いた複数の比較を補正した結果、遺伝的に予測されたビタミンCレベルとAMDリスク増加との関連のみが統計的に有意でした。名目上の有意水準でも、近視リスク増加を伴う相対脂肪摂取の増加、近視リスク低減を伴う鉄分摂取の増加、白内障リスク増加を伴うビタミンD、白内障リスク減少を伴う葉酸、緑内障リスク減少を伴うリン、白内障リスク減少を伴う糖分摂取など、いくつかの関連が観察されました。しかし、これらの関連は複数回の検査修正後も有意に残らなかったため、慎重に解釈されるべきです。全体として、これらの発見は特定の食事因子が眼疾患のリスクと関連している可能性を示す限定的ながらも示唆的な遺伝的証拠を提供しており、これらの関連を確認し生物学的メカニズムを明らかにするためのさらなる研究の必要性を強調しています。

分析では、遺伝的に予測される高いビタミンCレベルは...

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開示事項

著者たちは競合する利害関係がないと宣言しています。

謝辞

本研究は湖北科技大学顔の特徴医学院特別科学研究基金(番号2020XZ43)および湖北科技大学教育研究プロジェクト(番号2023XY052)の支援を受けました。

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材料

この記事で使用された材料の一覧
名前会社カタログ番号コメント
IEU GWASデータベースMRC統合疫学ユニット、ブリストル大学www.gwas.mrcieu.ac.ukGWAS要約統計の出典
MR-PRESSO R パッケージGitHub(MR-PRESSO開発者)www.github.com/rondolab/MR-PRESSO多数性や外れ値の検出に用いられます
Rソフトウェア(バージョン4.1.2)R財団www.r-project.orgすべての統計解析およびメンデルランダム化に使用されます
TwoSampleMR R パッケージMRC統合疫学ユニットwww.mrcieu.github.io/TwoSampleMRメンデルランダム化解析に使用

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