利用45种膳食营养素，对50岁以上加速衰老的成年人进行可解释的冠心病风险预测

《Frontiers in Nutrition》：Interpretable prediction of coronary heart disease risk in adults over 50 with accelerated aging using 45 dietary nutrients

冠心病风险与膳食营养及加速衰老的关系研究。采用NHANES 2005-2018数据，经加权量化总和回归和六种机器学习模型分析，发现维生素B12和叶黄素+玉米黄质摄入增加与50岁以上加速衰老人群的冠心病风险降低显著相关（调整OR=0.90, 95%CI 0.81-0.99, p=0.048）。SHAP和LIME解释表明随机森林模型预测最优，且上述营养素在多变量模型中持续显示保护作用。结论指出针对性膳食干预可能对降低该人群冠心病风险有效。

　　近年来，随着人口老龄化趋势的加剧，心血管疾病的发病率持续上升，尤其是那些表现出加速衰老特征的老年人群。加速衰老是一种生物年龄超过实际年龄的现象，意味着个体的生理功能出现较早的衰退，从而增加了患慢性疾病的风险，包括冠心病（CHD）。本研究旨在探讨饮食中特定营养素摄入与加速衰老老年人群中CHD风险之间的关系，并通过多种机器学习模型评估这些营养素的贡献度。研究发现，某些营养素的摄入与CHD风险呈负相关，且随机森林模型在预测性能上表现最佳。此外，SHAP和LIME算法进一步揭示了维生素B12和叶黄素+玉米黄质对降低CHD风险的关键作用。这些发现为制定针对加速衰老老年人的个性化营养干预策略提供了科学依据。

加速衰老通常通过表型年龄加速（PhenoAgeAccel）这一生物标志物来衡量，它结合了实际年龄与多项临床指标，如血糖、C反应蛋白（CRP）和肌酐等，以反映个体的代谢、炎症和器官功能状态。PhenoAgeAccel的正值表示加速衰老，而负值则表示生物年龄小于实际年龄，表明生理状态较为健康。这一指标已被证实是预测疾病和死亡率的强大工具，强调了其在衰老研究和临床风险评估中的重要性。因此，了解饮食如何影响加速衰老个体的CHD风险，对于公共卫生和临床实践具有重要意义。

研究对象为2005年至2018年间美国国家健康与营养调查（NHANES）的参与者，最终纳入分析的样本包括2675名年龄在50岁及以上的个体。通过对这些数据的分析，研究者发现，在调整了多种潜在混杂因素后，饮食中营养素的混合摄入与CHD风险呈显著负相关（调整后比值比=0.90，95%置信区间为0.81-0.99，p=0.048）。这一结果表明，某些营养素的摄入可能有助于降低加速衰老老年人的CHD风险。维生素B12和叶黄素+玉米黄质在SHAP和LIME分析中被一致识别为具有保护作用的营养素，其对CHD风险的负向影响独立于人口统计学因素。

研究中采用的机器学习方法，如随机森林、LightGBM、K近邻（KNN）、朴素贝叶斯、支持向量机（SVM）和XGBoost，被用于评估不同营养素的预测能力。这些模型能够捕捉非线性和交互作用的营养素效应，从而更全面地理解饮食与CHD风险之间的关系。其中，随机森林在所有评估指标中表现最佳，显示出其在预测CHD风险方面的强大能力。此外，使用仅饮食变量的模型也验证了随机森林的优越性，说明其在处理复杂数据集时的适应性。

在对营养素的贡献进行解读时，SHAP和LIME算法被用来提供模型的可解释性。SHAP基于合作博弈理论，能够量化每个特征对预测结果的贡献，而LIME则通过创建局部可解释的近似模型来解释复杂模型的预测。这两种方法共同揭示了维生素B12和叶黄素+玉米黄质在降低CHD风险中的重要作用。这些营养素的摄入不仅与CHD风险呈负相关，还显示出其在调节炎症和氧化应激方面的潜在机制，这些机制是加速衰老和CHD发生的核心因素。

此外，研究还发现，某些营养素如咖啡因、番茄红素、钾、总糖和维生素B12的摄入与CHD风险之间存在非线性关系。这种关系在不同的年龄、性别和高血压状态中表现出显著的交互作用，表明个体差异在营养素摄入与CHD风险之间的关系中起着重要作用。这些发现支持了个性化营养干预的必要性，即根据个体的生物年龄和健康状况制定特定的饮食建议。

然而，本研究也存在一些局限性。首先，NHANES数据是横断面数据，因此无法确定因果关系，可能存在反向因果关系，即CHD患者可能因疾病而改变饮食习惯。其次，尽管随机森林等机器学习模型能够检测复杂的非线性模式，但其解释性仍然有限，即使使用SHAP和LIME等工具，仍需进一步研究以提高模型的透明度。第三，未测量的混杂因素，如遗传背景和社会经济状况，可能影响观察到的营养素与CHD风险之间的关联。第四，饮食数据基于两次24小时回顾，可能无法准确反映长期饮食习惯，且存在回忆偏差。最后，由于研究基于NHANES数据，其结论的普适性可能受到文化或地理背景的限制。

综上所述，本研究揭示了维生素B12和叶黄素+玉米黄质在降低加速衰老老年人CHD风险中的重要作用。这些营养素可能通过调节炎症和氧化应激来改善心血管健康，为临床实践提供了可行的营养干预策略。未来的研究应进一步通过纵向队列和更多样化的群体（如新冠患者）验证这些关联，并探索其潜在的机制，以支持更广泛的个性化营养干预措施。此外，研究结果强调了营养素摄入与生物年龄之间的关系，为制定以生物年龄为基础的饮食建议提供了理论依据。