Effects of Minerals and Dietary Supplements on Congenital Tooth Agenesis: A Two-Sample Mendelian Randomization Analysis
Objective: This paper aims to investigate the causal link between congenital tooth agenesis and mineral/dietary supplement intake using Mendelian randomization. Methods: The genome-wide association study (GWAS) database was screened for single nucleotide polymorphism (SNP) that were closely associated with and independent of mineral and dietary supplement intake in European populations. Finn-b-K11_HYPO_ONLY was selected as the outcome-related SNP including 246 cases and 218,546 controls, which were derived from European ancestry population. Results: In the causal association analysis, calcium, fish oil, glucosamine, iron, selenium and zinc can be used as candidate sets of exposure factors. Iron supplement was a protective factor, and the other supplements showed no causal relationship with congenital tooth agenesis. IVW and MR Egger regression showed no heterogeneity. Egger regression analysis showed no pleiotropy. Reverse MR was performed on supplement intake and congenital tooth agenesis, which showed that there was no causal relationship between congenital tooth agenesis and the intake of supplements such as calcium, fish oil, glucosamine, iron, selenium and zinc (P > 0.05). Conclusion: Mendelian randomization analysis results suggest a causal association between iron supplement intake and congenital tooth agenesis. Intake of iron supplements was a protective factor against congenital tooth agenesis.
Mendelian Randomization
先天缺牙是一种牙齿数量异常的疾病,其根据缺牙的数目,分为牙缺失和全口无牙症
孟德尔随机化作为一种流行的遗传流行病学研究设计方法,将遗传变异作为工具变量,直接检验暴露因素与结局事件是否存在因果关系
本研究对欧洲人群进行孟德尔随机化分析,以探讨所得结果在不同人群的普适性。欧洲人群的暴露和结局的相关数据都来自IEU数据库(
GWAS ID |
年份 |
补充剂摄入 |
人群 |
性别 |
病例组 |
对照组 |
ukb-b-7043 |
2018 |
钙 |
欧洲人群 |
男性和女性 |
31,393 |
429,991 |
ukb-b-11075 |
2018 |
鱼油 |
欧洲人群 |
男性和女性 |
145,707 |
315,677 |
ukb-b-11535 |
2018 |
葡萄糖胺 |
欧洲人群 |
男性和女性 |
89,339 |
372,045 |
ukb-b-14863 |
2018 |
铁 |
欧洲人群 |
男性和女性 |
14,150 |
447,234 |
ukb-b-19158 |
2018 |
硒 |
欧洲人群 |
男性和女性 |
11,059 |
450,325 |
ukb-b-13891 |
2018 |
锌 |
欧洲人群 |
男性和女性 |
18,826 |
442,558 |
选取矿物质摄入相关的SNP作为潜在的工具变量,工具变量的选取条件如下:(1) 全基因组显著性p < 5e−5;(2) 以欧洲1000个基因组计划样本数据作为参考面板,计算SNP之间的连锁不平衡(LD),其中r2< 0.001,clump size为10,000 kb;(3) 强工具变量F > 10,(4) 去除效应等位基因频率(effect allele frequency, EAF) ≤ 0.01的SNP。
采用R语言(R version 4.3.0版本)进行MR分析、基因多效性分析和敏感性分析,分析过程中使用“Two Sample MR”包。逆方差加权法(Inverse variance weighted, IVW)结合每个SNP以获得补充剂的摄入对牙齿发育影响的总体估计,设定P < 0.05表示因果关系,将进行如下的一致性检验和基因多效性分析。
使用IVW分析法和MR Egger回归进行异质性分析,P > 0.05则认为纳入的工具变量没有异质性,可以忽略异质性对因果关系的影响。
采用Egger回归分析基因多效性产生的偏倚,其中回归截距用以分析水平多效性,P > 0.05说明不存在水平多效性。如果IVW P < 0.05,加之不存在水平多效性,说明结果没有偏差。
利用leave-one-out法进行敏感性分析,即对IVW法中P < 0.05,且通过异质性分析和基因多效性分析的变量,逐一去除各个相关的SNP,并计算剩余SNP的合并效应,如IVW法合并值相近,则认为无特定SNP对分析结果产生影响。
同样条件和方法计算结局与暴露的反向MR结果,以判断因果关系是否为单向,并进行异质性分析和基因多效性分析。
在补充剂摄入与先天缺牙的因果关联分析中,钙、鱼油、葡萄糖胺、铁、硒和锌等可作为暴露因素候选集。只有铁补充剂的IVW结果表明P < 0.05,OR值为3.9E−07,95%的置信区间为4.7E−12~3.2E−02,P = 0.011 (
暴露因素 |
SNP数量 |
OR |
95% CI下限 |
95% CI上限 |
P值 |
钙 |
121 |
3.1E+00 |
5.1E−03 |
1.9E+03 |
0.727 |
鱼油 |
157 |
2.0E−01 |
9.0E−03 |
4.6E+00 |
0.318 |
葡萄糖胺 |
180 |
1.7E−01 |
4.9E−03 |
5.7E+00 |
0.319 |
铁 |
84 |
3.9E−07 |
4.7E−12 |
3.2E−02 |
0.011 |
硒 |
77 |
7.1E−06 |
6.7E−12 |
7.5E+00 |
0.094 |
锌 |
95 |
4.0E+00 |
2.7E−04 |
5.8E+04 |
0.777 |
IVW和MR Egger回归显示P > 0.05,表明结果没有异质性(
暴露因素 |
计算方法 |
Q |
Q_df |
P值 |
钙 |
MR Egger |
101.07 |
119 |
0.882 |
IVW |
102.68 |
120 |
0.871 |
|
鱼油 |
MR Egger |
152.33 |
155 |
0.546 |
IVW |
152.33 |
156 |
0.568 |
|
葡萄糖胺 |
MR Egger |
186.81 |
178 |
0.310 |
IVW |
186.99 |
179 |
0.326 |
|
铁 |
MR Egger |
58.24 |
82 |
0.978 |
IVW |
58.30 |
83 |
0.982 |
|
硒 |
MR Egger |
75.32 |
75 |
0.468 |
IVW |
76.08 |
76 |
0.476 |
|
锌 |
MR Egger |
77.31 |
93 |
0.880 |
IVW |
77.70 |
94 |
0.888 |
|
None of the above |
MR Egger |
180.41 |
191 |
0.698 |
IVW |
180.97 |
192 |
0.705 |
暴露因素 |
Egger截距 |
SE |
P值 |
钙 |
−0.03 |
0.03 |
0.207 |
鱼油 |
0.00 |
0.03 |
0.951 |
葡萄糖胺 |
−0.01 |
0.02 |
0.681 |
铁 |
−0.01 |
0.04 |
0.803 |
续表
硒 |
−0.04 |
0.04 |
0.385 |
锌 |
−0.02 |
0.03 |
0.536 |
结局 |
SNP数量 |
OR |
95% CI下限 |
95% CI上限 |
P值 |
钙 |
47 |
1.0001 |
0.9997 |
1.0005 |
0.668 |
鱼油 |
47 |
1.0000 |
0.9992 |
1.0007 |
0.945 |
葡萄糖胺 |
47 |
1.0000 |
0.9994 |
1.0007 |
0.911 |
铁 |
34 |
1.0000 |
0.9997 |
1.0003 |
0.821 |
硒 |
29 |
1.0002 |
0.9999 |
1.0005 |
0.251 |
锌 |
36 |
1.0000 |
0.9996 |
1.0003 |
0.803 |
None of the above |
47 |
1.0000 |
0.9992 |
1.0008 |
0.977 |
Leave-one-out法对因果效应进行敏感性分析,逐个剔除SNP,所得效应值与IVW的合并值相近(
本研究采用孟德尔随机化探讨补充剂摄入与先天缺牙的因果关系。结果表明,铁补充剂摄入与先天缺牙存在因果关系,且摄入铁补充剂是先天缺牙的保护因素。另外,其他几种补充剂的摄入,如钙、鱼油、葡萄糖胺、硒和锌等与先天缺牙没有因果关系。
牙齿的发育需要蛋白质、维生素及矿物质(如钙、磷、镁、氟)。维生素C缺乏可导致先天缺牙、牙槽骨萎缩、牙龈容易出血、牙龈水肿等情况
本文的优点主要在于:1) 孟德尔随机化模型控制了混杂因素(confounding factors),及逆向因果关系的影响,在观察性结果的基础上进行可靠且准确的因果效应评估。2) 该随机化模型所采用的GWAS数据集,样本量大,更能提高检验效能和结果的可靠性。3) 本文采用双向孟德尔随机化,较单向的孟德尔随机化更为合理、科学。证明了摄入铁补充剂是先天缺牙的保护因素。
我们的研究也同时存在一定的局限性。本研究所得数据均源自GWAS数据库,来源于欧洲人群,尚未在不同人种之间开展。再者,尽管我们采用最大规模的数据,但后续研究仍需要进一步扩大样本量,以便获得更准确的因果关系评估。
综上所述,对于欧洲人群,孟德尔随机化分析结果表明摄入铁补充剂与先天缺牙存在因果关联,并且摄入铁补充剂是先天缺牙的保护因素。而钙、鱼油、葡萄糖胺、硒和锌等的摄入与先天缺牙没有因果关系。
中国牙病防治基金会(爱笑少年A2021-056)。