代谢组学文献分享:地中海饮食、血浆代谢组和心血管疾病风险

全球三分之一的死亡由心血管疾病造成，2015-2020年美国膳食指南建议，地中海饮食是预防心血管疾病的一项重要且具有成本效益的战略措施。代谢组学文献分享，发表在期刊European Heart Journ-al（IF = 22.637）上题目为“The Mediterranean diet, plasma metabolome, and cardiovascular disease risk”的文章，研究鉴定出的“代谢特征”可以评估每个人对地中海饮食的依从性和代谢反应，有助于预测未来发生心血管疾病（CVD）的风险，下面来看看具体研究内容吧。

最初的研究队列包含了1859个来自西班牙PREDIMED的受试者，验证队列则包含了来自美国护士健康研究I期、II期和卫生专业人员随访研究（NHS/HPFS）的6868名受试者，使用已验证的地中海饮食持续性筛选评分（MEDAS）评估对地中海饮食的依从程度，采用液相色谱串联质谱法（LC-MS/MS）检测分析血浆代谢物。图1为代谢组学分析设计了两个嵌套的病例队列研究。PREDIMED 队列主要研究地中海饮食干预对CVD型和2型糖尿病的影响，剔除了一些差异个体，共1859名参与者参与了分析，其中1556人在干预1年重复测量了饮食和代谢组学。同时，在三个前瞻性队列（NHS、NHSII和HPFS）进行了重复研究，剔除了一些差异个体，共 6868名参与者被纳入分析（图1）。

图1 研究队列流程示意图

PREDIMED研究队列中1556人进行了1年重复测量（58%为女性，平均年龄为67岁）。在经过1年的饮食干预后，血脂状况有所改善，高血压和血脂异常的患病率较低（表1A）。代谢组学文献分享，复制研究队列包括6868名参与者，来自NHS（所有女性，平均年龄为56岁）、NHSII（所有女性，平均年龄为45岁）和HPFS（所有男性，平均年龄为64岁）（表1B）。与来自PREDIMED的参与者相比，来自NHS/HPFS的参与者更年轻，并且在基线测量时不太可能患肥胖、糖尿病、血脂异常和高血压（表1）。

表1 血液采集时参与者基线和1年后的特征

在分析的302种血浆代谢物中，鉴定出97种与西班牙受试者的地中海饮食依从性显著相关，这些代谢物主要是脂质（n= 82，占全部测定脂类的37%）、氨基酸（n = 9）和其他种类的代谢物（n=6），脂类种类中显著关联的富集可能是由于脂类种类之间的强相关性。该研究应用弹性网络回归法对302种代谢产物进行分析，鉴定出一个包含67种血浆代谢产物的代谢特征，在两个队列中均与地中海饮食依从性显著相关（图2）。代谢组学文献分享，在预测的第1年（内部测试集）和NHS/HPFS基线（外部测试集）中，研究发现代谢特征与MEDAS显著相关，在训练集中，使用“保留一次”交叉验证方法获得的无偏代谢特征与具有相似量级的MEDAS显著相关。

图2 持续地中海饮食人群的代谢特征：分析方法和验证流程图

关联分析显示代谢物与MEDAS有广泛的相关性，在PREDIMED和NHS/HPFS之间高度一致。代谢组学文献分享，不同的MEDAS得分与所选代谢物的不同亚组相关，但这种相关性似乎在橄榄油、葡萄酒、鱼/海鲜和甜食的摄入中更强，且最具可重复性。构成代谢特征的67种代谢物与鱼/海鲜摄入量之间的关联在各个数据集上最为一致，较高的鱼类/海产品摄入量与高水平的高不饱和脂肪代谢物显著相关，这些不饱和脂肪代谢物含有二十碳五烯酸（EPA）、二十二碳六烯酸（DHA）和二十二碳五烯酸（DPA）。代谢组学文献分享，

在二次分析中，研究人员注意到构成代谢特征和心血管疾病风险的几种代谢物之间存在显著的关联，整个关联模式在PREDIMED和NHS/HPFS之间一致。与较高MEDAS得分相关的代谢物（尤其是橄榄油、葡萄酒和鱼/海鲜的摄入量较高，以及含糖饮料和甜食的摄入量较低）更有可能与较低的心血管疾病风险相关；不饱和脂质代谢物就是一个例证，它与橄榄油、葡萄酒和/或鱼/海鲜的摄入量呈正相关，与心血管疾病的发病有着强烈的联系。相反，与低MEDAS得分相关的代谢物更有可能与较高的心血管疾病风险相关（例如谷氨酸盐）(图3)。

图3 67种特征代谢物与MEDAS成分、总MEDAS得分和心血管疾病风险的关联性分析

多变量分析发现，观察到代谢特征与心血管疾病的发病率呈显著负相关，并与脂肪酸及氨基酸代谢相关的遗传位点有显著关联。第一年MEDAS与随后发生CVD事件的风险之间无统计学意义的负相关，基线和第1年的代谢特征均与CVD发病率呈相似程度的负相关。代谢组学文献分享，同时在调整MEDAS得分后，相关性仍然存在。在进一步调整代谢特征后，这种相关性减弱，变为不显著。在NHS/HPFS中也观察到类似的发现。在长达22年的随访中，研究人员记录了351例心血管疾病事件。在校正已知的危险因素和潜在的混杂因素和进一步控制MEDAS得分后，基线代谢特征与心血管疾病风险显著相关。(表2)。

表2 PREDIMED研究和NHS/ HPFS研究中MEDAS与CVD风险代谢特征的关系

对1925年NHS/HPFS参与者的代谢特征进行了一项全基因组关联研究(GWAS)，其中包括代谢组学和基因型数据，并对年龄、性别、MEDAS、前5个遗传主要成分或遗传变异与MEDAS之间的相互作用进行了调整，代谢特征和心血管疾病风险的遗传决定因素作为二级分析（包括遗传分析），以便于解释所识别的代谢特征。应用基于模式的Hartwig（MBE）估计，一种孟德尔随机化（MR）方法，基于分别获得的代谢特征、冠心病和中风的GWAS汇总统计数据，检验代谢特征与冠心病和中风风险的潜在因果关系。孟德尔随机化分析表明，遗传推测的代谢特征与冠心病及中风的风险显著相关。在MR分析中，几个危险因素（包括血脂、收缩压和糖尿病）显示出微弱的中介作用（图4）。

图4 孟德尔随机化分析与冠心病和中风风险的代谢特征

利用一个大型干预试验和三个前瞻性组群的数据，该研究首次确定了一种代谢特征，可以衡量地中海饮食的依从程度，重要的是，预测了西班牙和美国人群未来心血管疾病风险，而不依赖已知的心血管疾病风险因素。考虑到其识别心血管疾病风险的能力独立于自我报告的饮食措施，代谢特征有望补充传统的饮食评估，根据不同的饮食反应和疾病风险对个体进行分层，并可能促进个性化的营养干预（图5）。

图5 整合分析参与者对地中海饮食依从性和代谢反应的代谢特征

总而言之，基于西班牙受试者的研究队列及美国受试者的验证队列，明确了一种可测量地中海饮食的依从性和代谢反应，并预测未来心血管疾病的风险的代谢特征。代谢组学文献分享，进一步检查代谢特征和组成代谢产物的生物途径，可以提高人们对饮食影响健康的生物学机制的理解。代谢组学分析有助于客观和更全面地评估对饮食的依从性和代谢反应，根据饮食反应和疾病风险对个体进行分层，能促进更有效和个性化的饮食干预方法。

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