《Frontiers in Nutrition》：Association between diet intake and trace elements concentrations in couples undergoing in vitro fertilization: a couple-based exploration
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本研究发现，接受体外受精（IVF）治疗的夫妇，其饮食习惯与多种微量元素（如铝、锰、锡、铈等）的血浆浓度存在显著关联。文章通过群体和个体层面的分析，揭示了饮食模式（如饮料型、加工型、均衡型等）对金属元素暴露的影响，并指出了性别差异的存在。研究强调，对于面临生育挑战的夫妇，共同调整饮食以优化微量元素暴露，可能对改善生殖健康具有指导意义。
1 背景
全球范围内，约有4850万育龄夫妇受到不孕不育症的影响。在中国，育龄夫妇的不孕不育已成为一个严重的公共卫生问题，患病率高达25%。随着医学进步，体外受精（IVF）等辅助生殖技术已成为治疗不孕的有效手段。然而，IVF的成功率受到环境、生活方式等多种因素的影响。饮食和微量元素浓度被发现可能显著影响生殖健康，但其中的具体机制和关系尚不明确。
微量元素，如锌（Zn）、硒（Se）、锰（Mn）等，在人体内含量虽低，却承担着重要的生理功能。它们参与氧化应激反应、DNA合成和激素调节等生物化学过程。无论过量还是缺乏，都可能对生殖健康产生不良影响。既往研究发现，铅（Pb）、汞（Hg）、镉（Cd）与女性月经失调、子宫内膜异位症和自然流产有关。同时，已证实锌（Zn）和硒（Se）对精子形成和活力具有积极影响。
值得注意的是，饮食是微量元素的主要来源，其影响不容低估。个体通过食用蔬菜和谷物可能增加镉和硒的摄入，因为这些元素在土壤中往往含量丰富。此外，通过适量摄入坚果、蔬菜、谷物和豆类，可以获取锌（Zn）、镁（Mg）、钼（Mo）等必需微量元素。而汞、砷等金属则主要与海鲜、贝类和肉类有关。
然而，大多数研究主要集中在铅、汞、镉等常见重金属上，忽视了全面审视饮食对更广泛金属元素谱的影响。此外，关于微量元素、饮食与生殖健康关联的研究大多仅关注夫妇中的一方，忽略了两者的共同影响。众所周知，共同生活的夫妇通常共享相似的环境、饮食和生活方式。既往研究已证实，双方的饮食均可能影响体内微量元素水平，并可能导致生殖系统损伤。尽管如此，从夫妇双方视角探究饮食模式与微量元素浓度关系的研究仍然匮乏。
为了填补这一空白，本研究针对1066对接受IVF治疗的不孕夫妇，开展了一项关于饮食与21种微量元素关联的队列研究，重点关注了夫妇双方各自以及共同的情况。我们的研究旨在为夫妇提供饮食调整指导，以减少有害元素对生育的负面影响，并为制定精准生殖健康政策提供参考。
2 方法
2.1 人群和研究设计
我们在2020年12月至2023年8月期间，于“生殖健康育龄夫妇—安徽队列”的不孕不育亚队列中开展了一项前瞻性队列研究。研究对象是在马鞍山市妇幼保健院生殖中心和中国人民解放军联勤保障部队第九〇一医院生殖中心接受辅助生殖技术治疗的夫妇。研究纳入标准包括：（1）女性年龄20-49岁，男性22-49岁；（2）被诊断为不孕症的夫妇；（3）有IVF适应症，包括女性因素（如输卵管问题或排卵障碍）、男性因素或原因不明的不孕。入组时，参与者完成了详细的问卷调查，收集人口统计学、生活方式、生育史和医学背景等信息。本研究已获安徽医科大学伦理委员会批准，所有参与者均签署了书面知情同意书。
研究最终纳入了1066对夫妇进行分析。
2.2 微量元素测量
在完成基线问卷和饮食问卷后，于临床访视时使用抗凝采血管从每位参与者肘前静脉抽取静脉血。血液经离心后收集上清液，于-80°C保存直至分析。
我们采用直接稀释法，并使用Thermo Fisher Scientific的ICP-MS来测量血浆中21种微量元素的浓度。大多数微量元素的线性范围为0.01至20 ng/L，校准曲线线性相关系数均大于0.999。血浆金属的加标回收率在92.96%至108.38%之间。对于检测限以下的浓度，赋值LOD/√2。在后续统计分析中，仅纳入在超过50%的个体中检测到的微量元素。
2.3 饮食评估
招募期间，我们使用食物频率问卷调查了参与者的饮食信息。研究对象被要求回忆过去一个月内14种食物组的摄入频率。在后续分析中，我们将摄入频率重新归类为“高摄入”和“低摄入”两类。在基于夫妇的分析中，参与者被分为三组：高摄入组、中摄入组和低摄入组。在针对个体的模型中，每种饮食项目被视为二元变量。
2.4 协变量
协变量的确定基于现有文献及其与微量元素的合理关联。在夫妇模型中，我们调整了双方的年龄、居住地区、个人年收入、教育水平、身体质量指数（BMI）、吸烟状况、饮酒状况和采样季节等因素。在个体模型中，我们探讨了每位伴侣的饮食状况与微量元素浓度的关系，同时调整了各自的协变量。
2.5 统计分析
我们使用中位数或均值、频率来描述研究人群的人口学和临床特征。对血浆中21种微量元素的浓度进行了自然对数转换。采用斯皮尔曼相关分析评估夫妇间微量元素的相关性。使用多元线性回归模型分别探究基于夫妇和个体的模型中13种饮食项目与21种微量元素的关系。应用错误发现率方法进行多重检验校正。
通过因子分析，基于夫妇和每位个体的13种食物组摄入频率，确定了代表性的饮食模式。因子得分随后作为自变量纳入多元线性回归模型，以评估其与微量元素的关联。
3 结果
3.1 描述性统计
参与研究的1066对夫妇中，女性平均年龄33.26岁，男性平均33.90岁。44.0%的女性超重或肥胖，男性则为61.2%。大多数女性在过去6个月内不主动吸烟或不饮酒，男性的相应比例较低。参与者在安徽中部、北部和南部的分布相对均衡。
在分析的21种微量元素中，铍在超过50%的个体中被检出，而其他大多数微量元素在超过90%的夫妇中被发现。斯皮尔曼相关分析显示，夫妇间大多数微量元素存在显著相关性
3.2 夫妇及个体层面饮食摄入与微量元素浓度的关联
在基于夫妇的分析中，调整共同混杂因素后，与低摄入相比，中等程度的粗粮摄入与铝、钒、锰、锡和银等微量元素呈显著正相关。当一方或双方深色蔬菜和水果摄入量高时，铈和镓水平显著增加。此外，双方高摄入豆类及豆制品与铝和钼显著相关。红肉摄入量与铊呈负相关，与锡和铈呈正相关。动物内脏和加工肉类的适度摄入与铝存在显著关联。含糖饮料的适度摄入与铊水平呈负相关。腌制/油炸食品以及咖啡的适度摄入，与微量元素铝和锰呈正相关。随着茶叶摄入量的增加，钴、镓和锶的水平也显著上升。值得注意的是，即使在FDR校正后，动物内脏、腌制/油炸食品、咖啡的适度摄入与铝水平之间的显著关联仍然稳健。此外，粗粮摄入量与锡保持显著正相关，而茶叶摄入量与铷呈正相关。
在个体模型中，FDR校正前，女性高摄入粗粮与锡水平正相关，但与铜和硒水平负相关。FDR校正后，女性未发现饮食摄入与微量元素浓度存在关联。在男性中，FDR校正前后，茶叶和咖啡的摄入均与铷和银水平呈正相关。
3.3 饮食模式提取
在夫妇模型中，因子分析确定了四种饮食模式，共解释了13种饮食项目45.0%的方差。模式1定义为“饮料型饮食模式”，主要特征为咖啡和茶的摄入。模式2称为“加工型饮食模式”，其特征是坚果、动物内脏、加工肉类、含糖饮料、腌制食品和咖啡的因子载荷较高。模式3是“均衡型饮食模式”，以粗粮、水果、豆类及豆制品和坚果的摄入量较高为特征。模式4被称为“传统型饮食模式”，主要关注白米、蔬菜和红肉的消费。
在女性个体模型中，确定了四种饮食模式，解释了43.0%的方差。在男性个体模型中，确定了三种饮食模式，解释了41.0%的方差。
3.4 夫妇及个体层面饮食模式与微量元素浓度的关联
在夫妇模型中，对饮料型饮食模式的更高依从性与铝、镓和钡的水平呈正相关。对加工型饮食模式的更高依从性与较高的镍水平显著相关。对均衡型饮食模式的更高依从性，与镓、锡和铈的水平呈正相关。同样，对传统型饮食模式的更高依从性与镍、铈和钼水平的增加呈正相关，但与锶和铊呈负相关。
在个体模型中，对于女性，对加工型饮食模式的更高依从性与铊和钼水平正相关，与锡负相关。对均衡型饮食模式的更高依从性与钴呈显著正相关。对传统型饮食模式的更高依从性与钒、锰、镍、锡和锌呈负相关。此外，对动物内脏饮食模式的更高依从性与镍和硒呈负相关，与钼呈正相关。对于男性，对加工型饮食模式的更高依从性与钒、镍、锡和银呈负相关。均衡型饮食模式与锂、钴和银呈负相关。此外，对传统型饮食模式的更高依从性与铝、锰和钡呈负相关。
4 讨论
本项前瞻性队列研究探讨了接受IVF治疗的夫妇饮食摄入与21种微量元素之间的关联。基于夫妇的分析显示，在调整共同混杂因素后，饮食摄入与微量元素之间存在显著关联。适度的粗粮摄入与铝、钒、锰、锡和银呈正相关。深色蔬菜和水果的摄入与铈和镓水平增加有关，而豆类及豆制品与铝和钼显著相关。红肉摄入量与铊呈负相关，但与锡、铈和硒呈正相关。动物内脏和加工肉类也与铝和锶水平升高有关。含糖饮料与铊水平呈负相关，而腌制/油炸食品以及咖啡与铝和锰呈正相关。茶叶摄入与钴、镓和锶水平升高有关。
在个体模型中，FDR校正后，女性未发现饮食摄入与微量元素浓度存在关联。但在男性中，FDR调整前后，茶和咖啡的摄入均与铷和银水平呈正相关。
从转化角度来看，本研究的发现虽然是观察性的，但可能为接受IVF治疗的夫妇的膳食管理提供几点实际意义。首先，虽然粗粮、深色蔬菜和豆类营养有益且对生殖健康不可或缺，但它们与某些微量金属（如铝、钼、钒）的正相关提示，更大程度地多样化食物来源和种类可能有助于避免特定农业或环境输入的累积暴露。其次，鉴于男性中茶和咖啡的摄入在严格的多重检验校正后仍与较高的铷和银水平显著相关，在备孕期间适度摄入这些饮料可能是一个审慎的考虑，以保护精子的微环境。第三，为了减少通常与食品接触材料和加工有关的“隐形”金属（如锡）的暴露，优先选择新鲜和最低限度加工的食物而非罐装或高度加工的产品，可能代表一种合理的预防策略。最后，鉴于观察到夫妇内部在饮食模式和体内金属谱方面存在高度一致性，这些饮食调整在家庭层面共同实施可能比单方实施更为有效。
研究中观察到的饮食模式与体内金属谱的性别特异性关联具有生物学上的合理性，可能反映了金属吸收、分布、代谢和易感性方面公认的性别差异。导致体内剂量性别差异的一个公认机制是铁状态依赖性肠道金属转运。此外，性激素可以直接调节金属相关的分子作用，氧化应激生物学是另一个潜在的影响轴。综合来看，尽管本研究是观察性的，但汇集毒理学和流行病学证据表明，金属代谢和易感性方面的性别相关差异可能至少部分地构成了我们结果中观察到的性别特异性关联的基础。
饮食被广泛认为是微量元素的重要来源。研究表明，谷物是铝、钒和锰摄入的主要来源。铈作为一种常见的稀土元素，通常在食物中浓度较高。然而，现有研究尚未明确锡和镓的主要膳食来源。日本的一项研究指出，钼的主要膳食来源包括大米、大豆制品和植物性食物。肉类被认为是硒的重要来源，而肉类和海鲜中均被报道含有较高水平的锡和铈。与本研究结果一致的是，中国传统食品（如油条）被认为是铝的膳食来源之一。值得注意的是，多项研究表明茶叶富含钴和锶。
此外，分析揭示了在夫妇和个体模型中，各种饮食模式与微量元素之间存在多种关联。在夫妇模型中，对饮料模式的高依从性与铝、镓和钡呈正相关，而加工模式与镍相关。在个体模型中，女性加工模式的高依从性与铊和钼呈正相关，而男性加工模式则与钒、镍和银呈负相关。传统饮食模式的高依从性在两个模型中均与多种微量元素呈负相关，例如铝、锰和钡。
饮食模式全面反映了个体的日常饮食习惯。据我们所知，关于饮食模式与微量元素关系的研究相对有限。由于饮食模式中食物的多样性，其与微量元素之间的正负关系可能会相互抵消。性别差异可能是影响食物选择和饮食模式的重要因素，从而导致微量元素摄入量的差异。
值得注意的是，多项研究已证实微量元素与IVF结局存在显著关联。重要的是，饮食可能在这种关系中扮演关键角色。通过为接受IVF治疗的夫妇双方提供饮食选择的指导和干预，有可能有效帮助他们降低微量元素对生育的潜在影响，从而优化治疗结果。
本研究的优势包括：开展了多中心前瞻性队列研究，测量了夫妇双方21种微量元素，更全面地探索了饮食对微量金属水平的影响；研究了覆盖中国人主要日常饮食构成的13种食物类型；并利用因子分析探讨了不同饮食模式对微量金属水平的影响。
然而，本研究也有若干局限性。首先，通过计算夫妇双方微量元素平均浓度来估算联合暴露水平的方法可能不够精确。其次，饮食摄入数据基于自我报告的问卷，可能存在回忆偏倚，且简化的问卷未考虑具体分量，可能导致一定程度的测量误差。再次，从临床转化角度看，本研究的主要目的是描述接受IVF治疗的夫妇的特定饮食习惯和整体饮食模式如何与内部微量元素谱相关，而非评估这些元素与生殖结局的下游关联。因此，当前结果应被视为反映了相对“上游”的暴露决定因素。最后，研究人群仅限于生殖中心接受IVF治疗的夫妇，限制了结果向普通人群的推广。
5 结论
在这项基于夫妇的研究中，我们揭示了接受IVF治疗的夫妇饮食摄入与21种微量元素之间的显著关联，凸显了营养与金属暴露之间复杂的相互作用。具体而言，适度或高摄入粗粮、深色蔬菜、水果和豆类与铝、钒、锰、锡、银、铈和钼等多种微量金属水平升高有关，而红肉和加工食品则与不同金属存在性别差异性的关联。值得注意的是，包括加工型、传统型、均衡型、饮料型和单一动物内脏型在内的各种饮食模式，在夫妇和个体模型中均与多种微量元素显示出不同的关联。这些发现强调了饮食因素在理解微量元素暴露中的重要性，为面临生育挑战的夫妇提供了有价值的见解，并为未来旨在降低暴露风险的营养干预措施提供了信息。
