代謝組學文獻分享：地中海飲食、血漿代謝組和心血管疾病風險

全球三分之一的死亡由心血管疾病造成，2015-2020年美國膳食指南建議，地中海飲食是預防心血管疾病的一項重要且具有成本效益的戰略措施。代謝組學文獻分享，發表在期刊European Heart Journ-al（IF = 22.637）上題目為「The Mediterranean diet, plasma metabolome, and cardiovascular disease risk」的文章，研究鑒定出的「代謝特徵」可以評估每個人對地中海飲食的依從性和代謝反應，有助於預測未來發生心血管疾病（CVD）的風險，下面來看看具體研究內容吧。

最初的研究隊列包含了1859個來自西班牙PREDIMED的受試者，驗證隊列則包含了來自美國護士健康研究I期、II期和衛生專業人員隨訪研究（NHS/HPFS）的6868名受試者，使用已驗證的地中海飲食持續性篩選評分（MEDAS）評估對地中海飲食的依從程度，採用液相色譜串聯質譜法（LC-MS/MS）檢測分析血漿代謝物。圖1為代謝組學分析設計了兩個嵌套的病例隊列研究。PREDIMED 隊列主要研究地中海飲食干預對CVD型和2型糖尿病的影響，剔除了一些差異個體，共1859名參與者參與了分析，其中1556人在干預1年重複測量了飲食和代謝組學。同時，在三個前瞻性隊列（NHS、NHSII和HPFS）進行了重複研究，剔除了一些差異個體，共 6868名參與者被納入分析（圖1）。

圖1 研究隊列流程示意圖

PREDIMED研究隊列中1556人進行了1年重複測量（58%為女性，平均年齡為67歲）。在經過1年的飲食干預后，血脂狀況有所改善，高血壓和血脂異常的患病率較低（表1A）。代謝組學文獻分享，複製研究隊列包括6868名參與者，來自NHS（所有女性，平均年齡為56歲）、NHSII（所有女性，平均年齡為45歲）和HPFS（所有男性，平均年齡為64歲）（表1B）。與來自PREDIMED的參與者相比，來自NHS/HPFS的參與者更年輕，並且在基線測量時不太可能患肥胖、糖尿病、血脂異常和高血壓（表1）。

表1 血液採集時參與者基線和1年後的特徵

在分析的302種血漿代謝物中，鑒定出97種與西班牙受試者的地中海飲食依從性顯著相關，這些代謝物主要是脂質（n= 82，占全部測定脂類的37%）、氨基酸（n = 9）和其他種類的代謝物（n=6），脂類種類中顯著關聯的富集可能是由於脂類種類之間的強相關性。該研究應用彈性網路回歸法對302種代謝產物進行分析，鑒定出一個包含67種血漿代謝產物的代謝特徵，在兩個隊列中均與地中海飲食依從性顯著相關（圖2）。代謝組學文獻分享，在預測的第1年（內部測試集）和NHS/HPFS基線（外部測試集）中，研究發現代謝特徵與MEDAS顯著相關，在訓練集中，使用「保留一次」交叉驗證方法獲得的無偏代謝特徵與具有相似量級的MEDAS顯著相關。

圖2 持續地中海飲食人群的代謝特徵：分析方法和驗證流程圖

關聯分析顯示代謝物與MEDAS有廣泛的相關性，在PREDIMED和NHS/HPFS之間高度一致。代謝組學文獻分享，不同的MEDAS得分與所選代謝物的不同亞組相關，但這種相關性似乎在橄欖油、葡萄酒、魚/海鮮和甜食的攝入中更強，且最具可重複性。構成代謝特徵的67種代謝物與魚/海鮮攝入量之間的關聯在各個數據集上最為一致，較高的魚類/海產品攝入量與高水平的高不飽和脂肪代謝物顯著相關，這些不飽和脂肪代謝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）。代謝組學文獻分享，

在二次分析中，研究人員注意到構成代謝特徵和心血管疾病風險的幾種代謝物之間存在顯著的關聯，整個關聯模式在PREDIMED和NHS/HPFS之間一致。與較高MEDAS得分相關的代謝物（尤其是橄欖油、葡萄酒和魚/海鮮的攝入量較高，以及含糖飲料和甜食的攝入量較低）更有可能與較低的心血管疾病風險相關；不飽和脂質代謝物就是一個例證，它與橄欖油、葡萄酒和/或魚/海鮮的攝入量呈正相關，與心血管疾病的發病有著強烈的聯繫。相反，與低MEDAS得分相關的代謝物更有可能與較高的心血管疾病風險相關（例如谷氨酸鹽）(圖3)。

圖3 67種特徵代謝物與MEDAS成分、總MEDAS得分和心血管疾病風險的關聯性分析

多變數分析發現，觀察到代謝特徵與心血管疾病的發病率呈顯著負相關，並與脂肪酸及氨基酸代謝相關的遺傳位點有顯著關聯。第一年MEDAS與隨後發生CVD事件的風險之間無統計學意義的負相關，基線和第1年的代謝特徵均與CVD發病率呈相似程度的負相關。代謝組學文獻分享，同時在調整MEDAS得分后，相關性仍然存在。在進一步調整代謝特徵后，這種相關性減弱，變為不顯著。在NHS/HPFS中也觀察到類似的發現。在長達22年的隨訪中，研究人員記錄了351例心血管疾病事件。在校正已知的危險因素和潛在的混雜因素和進一步控制MEDAS得分后，基線代謝特徵與心血管疾病風險顯著相關。(表2)。

表2 PREDIMED研究和NHS/ HPFS研究中MEDAS與CVD風險代謝特徵的關係

對1925年NHS/HPFS參與者的代謝特徵進行了一項全基因組關聯研究(GWAS)，其中包括代謝組學和基因型數據，並對年齡、性別、MEDAS、前5個遺傳主要成分或遺傳變異與MEDAS之間的相互作用進行了調整，代謝特徵和心血管疾病風險的遺傳決定因素作為二級分析（包括遺傳分析），以便於解釋所識別的代謝特徵。應用基於模式的Hartwig（MBE）估計，一種孟德爾隨機化（MR）方法，基於分別獲得的代謝特徵、冠心病和中風的GWAS匯總統計數據，檢驗代謝特徵與冠心病和中風風險的潛在因果關係。孟德爾隨機化分析表明，遺傳推測的代謝特徵與冠心病及中風的風險顯著相關。在MR分析中，幾個危險因素（包括血脂、收縮壓和糖尿病）顯示出微弱的中介作用（圖4）。

圖4 孟德爾隨機化分析與冠心病和中風風險的代謝特徵

利用一個大型干預試驗和三個前瞻性組群的數據，該研究首次確定了一種代謝特徵，可以衡量地中海飲食的依從程度，重要的是，預測了西班牙和美國人群未來心血管疾病風險，而不依賴已知的心血管疾病風險因素。考慮到其識別心血管疾病風險的能力獨立於自我報告的飲食措施，代謝特徵有望補充傳統的飲食評估，根據不同的飲食反應和疾病風險對個體進行分層，並可能促進個性化的營養干預（圖5）。

圖5 整合分析參與者對地中海飲食依從性和代謝反應的代謝特徵

總而言之，基於西班牙受試者的研究隊列及美國受試者的驗證隊列，明確了一種可測量地中海飲食的依從性和代謝反應，並預測未來心血管疾病的風險的代謝特徵。代謝組學文獻分享，進一步檢查代謝特徵和組成代謝產物的生物途徑，可以提高人們對飲食影響健康的生物學機制的理解。代謝組學分析有助於客觀和更全面地評估對飲食的依從性和代謝反應，根據飲食反應和疾病風險對個體進行分層，能促進更有效和個性化的飲食干預方法。