中国人群素食者血清代谢组学特征及其与心脏代谢风险因素的关联研究

本研究通过靶向代谢组学分析，揭示中国素食者血清中存在17种差异代谢物（如IPA、甲基半胱氨酸上调，DHA、EPA下调），这些代谢物与肥胖指标（BMI、WHR、PBF）、血压（SBP、DBP）、血脂（TC、LDL-C）及葡萄糖代谢指标（HOMA-IR）显著相关，表明素食饮食通过调节TCA循环、氨基酸和脂肪酸代谢通路，可能改善心脏代谢健康。

　　

引言

素食饮食作为一种排除肉类及其他动物产品的膳食模式，近年来因其健康和环境效益受到广泛关注。大量证据表明，素食饮食与降低肥胖、2型糖尿病、血脂异常及心血管疾病风险相关。尽管机制研究多集中于膳食纤维、抗氧化剂及减少饱和脂肪摄入，但新兴研究强调系统性代谢适应在介导这些益处中的重要性。代谢组学作为分析生物系统中小分子代谢物的强大工具，能够解码饮食与生理之间的动态相互作用，提供饮食与健康结局关联机制的见解。在中国，快速城市化及饮食转型导致营养不良和心脏代谢疾病双重负担，传统以植物性食物为主的中式饮食逐渐被以肉类为中心的饮食模式取代，因此理解饮食转型如何影响该人群代谢健康具有紧迫性。

材料与方法

本研究采用横断面设计，纳入444名参与者（222对素食者和杂食者），按年龄和性别匹配。素食者通过上海素食协会和餐厅招募，入选标准包括年龄≥18岁、在上海居住至少6个月、坚持素食≥1年且能理解问卷内容。排除标准包括严重营养吸收不良或系统性疾病史、过去12个月内妊娠或哺乳。杂食者从素食者的亲友中招募。通过问卷调查收集人口统计学和行为信息，包括年龄、性别、收入、饮酒、吸烟、体力活动、久坐时间、睡眠质量（采用PSQI评估）、素食类型和持续时间。膳食评估采用面对面半定量食物频率问卷（FFQ），涵盖112种食物类别，计算每日营养素摄入量。人体测量和生化指标包括身高、体重、腰围、臀围、体成分（通过生物阻抗设备InBody720测量PBF）、血压（使用电子血压计测量SBP和DBP），以及血脂（TC、TG、LDL-C、HDL-C）、血糖（FG）、胰岛素（FI）指标，并计算HOMA-IR和HOMA-β。血清代谢组学分析采用UPLC-MS/MS技术（Q300平台），检测306种代谢物中的205种，通过多变量（OPLS-DA，VIP>1.8）和单变量分析（p<1e-08）筛选差异代谢物，并进行KEGG通路富集分析。统计方法包括Spearman相关、偏相关和多变量线性回归，调整年龄、性别、运动时间、饮酒和饮食模式等混杂因素。

结果

研究人群特征

素食者和杂食者平均年龄分别为34.88±8.47岁和34.35±8.59岁，82.4%为女性。素食者中26.1%为纯素食，73.9%为乳蛋素食，平均素食持续时间>5年。两组在教育、收入、吸烟、运动习惯和PSQI睡眠评分上无显著差异，但素食者非饮酒者比例更高（p<0.001）。心脏代谢风险因素方面，素食者的BMI、WHR、PBF、SBP、TC、HDL-C、LDL-C、FG、FI和HOMA-IR均显著低于杂食者（p<0.001），但DBP、TG和HOMA-β无显著差异。

血清代谢组学特征与差异代谢物

代谢物类别分析显示，氨基酸、脂肪酸、吲哚、胆汁酸、苯环化合物、苯甲酸和吡啶类存在显著差异。OPLS-DA模型（R2X=0.262, R2Y=0.518, Q2Y=0.461）有效区分两组代谢轮廓。通过两轮筛选，共鉴定17种关键差异代谢物：11种上调（马来酸、甲基半胱氨酸、苹果酸、乌头酸、谷氨酰胺、柠檬酸、N-乙酰天冬氨酸、天冬酰胺、胍基乙酸、α-亚麻酸、吲哚丙酸IPA），6种下调（DHA、α-氨基丁酸、EPA、肌酸、2-羟基丁酸、乙醇酸）。IPA和马来酸为最显著上调代谢物（p=6.75e-10, VIP=2.44），DHA为最显著下调代谢物（p=6.76e-26, VIP=3.18）。通路富集分析显示这些代谢物主要参与丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢，乙醛酸和二羧酸代谢，TCA循环，精氨酸和脯氨酸代谢，氮代谢，以及甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢。

差异代谢物与心脏代谢风险因素的关联

偏相关分析显示，甲基半胱氨酸、乌头酸、柠檬酸、N-乙酰天冬氨酸、天冬酰胺和IPA与肥胖指标（BMI、WHR、PBF）负相关（p<0.05），而肌酸正相关（p<0.05）。调整BMI后，IPA与SBP和DBP负相关（p<0.05）。甲基半胱氨酸与TC、HDL-C和LDL-C负相关，而胍基乙酸、DHA、α-氨基丁酸和肌酸与至少三种血脂参数正相关。乌头酸与FI、HOMA-β和HOMA-IR负相关。多变量线性回归进一步证实：甲基半胱氨酸高浓度组（T3）与BMI（β=?0.886）、WHR（β=?0.013）和PBF（β=?1.625）降低相关；肌酸T3组与BMI（β=1.109）、WHR（β=0.020）和PBF（β=2.326）升高相关；IPA T3组与SBP（β=?3.838）和DBP（β=?3.579）降低相关；甲基半胱氨酸T3组与TC（β=?0.329）和LDL-C（β=?0.243）降低相关，柠檬酸和IPA与TG负相关；DHA与TC（β=0.365）和LDL-C（β=0.245）正相关；乌头酸T3组与FI（β=?0.927）和HOMA-IR（β=?0.214）降低相关。

差异代谢物与膳食组分的关联

相关分析显示，所有上调代谢物与动物性食物摄入负相关，下调代谢物则正相关。甲基半胱氨酸、乌头酸、柠檬酸和马来酸与牛奶或酸奶摄入负相关。IPA与动物性食物强负相关，但与小米、粗粮、杂豆和马铃薯轻度正相关。营养素方面，上调代谢物（如甲基半胱氨酸、IPA）与烟酸、硒、维生素A、维生素D、维生素B₂及多种宏量营养素负相关，几乎所有上调代谢物均与烟酸和硒显著负相关；下调代谢物（DHA、EPA、α-氨基丁酸、2-羟基丁酸、肌酸）与这些营养素正相关。亚组分析显示，DHA和EPA与海鲜强正相关，马来酸、苹果酸、α-亚麻酸、乌头酸和柠檬酸与豆腐和豆制品正相关，IPA、甲基半胱氨酸、N-乙酰天冬氨酸和谷氨酰胺与谷物、大米、小米和花生正相关。素食者DHA主要来源为鸡蛋。一致性相关包括甲基半胱氨酸与酸奶摄入负相关（全队列r=?0.22，素食者r=?0.14，杂食者r=?0.15），IPA与粗粮正相关（全队列r=0.24，素食者r=0.13，杂食者r=0.16），2-羟基丁酸与鸡蛋正相关（全队列r=0.25，素食者r=0.16，杂食者r=0.15）。DHA、α-氨基丁酸和2-羟基丁酸与维生素A摄入正相关（全队列r=?0.46，素食者r=?0.31，杂食者r=?0.18）。

讨论

本研究发现素食者血清中TCA循环中间产物（柠檬酸、苹果酸、马来酸、乌头酸等）上调，提示素食饮食可能通过促进anaplerosis增强线粒体能量生产，并与减少氧化应激相关。氨基酸代谢方面，谷氨酰胺和天冬酰胺升高表明蛋白质周转或非必需氨基酸分解代谢增强，而2-羟基丁酸和α-氨基丁酸下调提示必需氨基酸分解减少，可能与胰岛素抵抗风险降低有关。脂肪酸代谢中，DHA和EPA下调反映动物性食物摄入减少，而α-亚麻酸升高源于植物油脂摄入增加，但转化效率不足可能造成ω-3脂肪酸缺乏。肌酸下调与动物产品摄入有限相关，胍基乙酸升高提示甲基化过程可能受损。代谢物与心脏代谢风险因素的关联分析表明，甲基半胱氨酸、N-乙酰天冬氨酸、乌头酸、柠檬酸和IPA与肥胖、血压、血脂和血糖指标改善相关，其中乌头酸和柠檬酸作为TCA循环中间体与胰岛素敏感性正相关，甲基半胱氨酸通过抗氧化和抗炎作用促进代谢健康，IPA作为肠道菌群衍生代谢物与膳食纤维摄入相关，并参与葡萄糖代谢、胰岛素敏感性和炎症调节。膳食关联分析强调植物性食物（如全谷物、豆类、蔬菜）对特定代谢物的正向影响，而动物性食物与DHA、EPA等代谢物正相关。本研究局限性包括横断面设计无法推断因果关系、FFQ潜在偏差、未检测TMAO等代谢物，以及人群特异性限制普适性。

结论

本研究揭示中国素食者血清代谢组学特征及其与心脏代谢风险因素的关联，识别出多种差异代谢物如IPA、甲基半胱氨酸、乌头酸、柠檬酸等可能与代谢健康改善相关。这些发现为理解素食饮食益处的代谢机制提供依据，并为制定个性化、文化适宜的膳食建议提供 insights。