基于粪便代谢组学的饮食分析揭示HIV脑健康障碍的食物标志物

《The Journal of Nutrition》：Fecal Metabolomics-Based Dietary Profiling Reveals Food Markers of HIV Brain Health Disorders

　　

摘要

背景

尽管病毒抑制已得到广泛实现，但近半数艾滋病病毒感染者（PWH）仍会出现脑部健康障碍，如神经认知损害（NCI）和抑郁症。饮食干预可改善其他人群的精神心理结局，但目前在PWH人群中的相关研究十分有限。

目的

最新的技术进步使研究者能够从粪便样本中检测食物分子，从而提供膳食暴露的半定量、高分辨率测量手段。我们采用基于代谢组学的方法，识别与PWH脑部健康结局相关的食物。

方法

研究纳入170名PWH（平均年龄=56岁；84%为男性；97%病毒得到抑制），均参与加州大学圣地亚哥分校队列研究（2019–2022年）。采用液相色谱-串联质谱法对粪便样本进行分析。一种食物读出工具将粪便代谢组学特征映射到约6,000种膳食分子离子上，并用从1（最低）到4（最高）的"食物评分"来预测暴露水平。神经认知功能通过经过人口统计学调整的7个能力领域的T分数进行评估。抑郁症状采用贝克抑郁量表-II（BDI-II）及其亚量表（即情感、淡漠、认知、躯体）进行测量。相关性分析之后进行多变量分析，并对相关协变量进行调整。在37名有重复神经认知测量数据的参与者子组中进行探索性分析，考察饮食与神经认知之间的纵向关系。

结果

基于粪便代谢组学谱共检测到86种独特食物。某些蔬菜/香草、水果、鸡蛋和谷物的含量较高与更好的神经认知结局相关，纵向模式与可能的饮食-神经认知关系一致。在抑郁方面，鸡蛋、虾及某些蔬菜/水果含量较高与较低的抑郁水平相关，尤其是情感、淡漠和躯体症状方面。

结论

基于代谢组学的饮食谱分析揭示了PWH中食物与脑部健康之间存在差异性关联，这与先前的自我报告研究结果一致。该方法提供了半定量估计，表明即使食物暴露的差异很小，也可能与脑部健康结局存在实质性关联。这些结果为未来针对高危PWH人群改善脑部健康的饮食干预提供了初步证据和潜在的饮食靶点。

引言

尽管艾滋病病毒（HIV）治疗取得了重大进展，使病毒抑制在人群中广泛实现，但脑部健康障碍在艾滋病病毒感染者（PWH）中仍然高度普遍，最突出的包括神经认知损害（NCI）和抑郁症1, 2, 3。近半数PWH符合NCI或抑郁症的诊断标准，这凸显了识别可改变因素以支持该人群脑部健康的重要性。营养是其中一个潜在的可改变因素，饮食在无HIV感染人群中日益被公认为脑部健康结局的重要贡献因素4, 5, 6, 7, 8。

慢性系统性炎症可能是饮食与PWH脑部健康之间的一个重要机制。尽管抗逆转录病毒治疗有效，但持续性炎症仍然是HIV感染的标志性特征，并已被证实与PWH中的NCI和抑郁症有关9, 10, 11。饮食可影响系统性炎症，从而为膳食因素可能影响脑部健康提供了一条潜在通路。在普通人群中，饮食干预已显示出改善抑郁和神经认知结局以及降低重性抑郁障碍（MDD）和全因痴呆等疾病风险的有效性6, 7, 8。总体而言，加工肉类及高糖高脂食物与更高的炎症水平和更差的抑郁或NCI结局相关12, 13, 14, 15，而蔬菜、水果、全谷物、坚果和瘦肉则与较低的炎症水平和更有利的脑部健康结局相关16, 17, 18。一些干预性研究进一步支持炎症在脑部健康结局中的作用，抗炎干预与症状改善相关19。

尽管已有上述证据，关于PWH中特定食物与脑部健康之间关系的研究仍相对匮乏。绝大多数探讨NCI和抑郁症的饮食研究聚焦于无HIV感染的人群，且与膳食因素的关联可能因疾病状况不同而有所差异。例如，一些研究发现富含乳制品的生酮饮食在阿尔茨海默病队列中与更好的神经认知结局相关，而在类风湿关节炎的饮食干预中，乳制品则被认为具有促炎作用20, 21。此外，许多在PWH中开展的营养学研究并未纳入脑部健康结局22。据我们所知，仅有三项近期研究探讨了特定食物或食物类别与PWH中NCI、抑郁或焦虑之间的关联。尽管研究结果并不完全一致，但这些研究提示，报告摄入更多的肉类和含糖饮料可能与更差的脑部健康相关，而蔬菜、水果和鸡蛋可能与更好的结局相关23, 24, 25, 26。重要的是，这些研究主要依赖自我报告的饮食评估，可能存在回忆错误和报告偏差27。

本研究旨在弥补将特定食物与PWH脑部健康关联起来的证据不足，以及先前的研究主要依赖自我报告饮食评估的局限性，通过利用食物组学技术表征170名PWH粪便中基于代谢组学的特定食物特征。我们考察了这些食物评分与HIV脑部健康两个主要领域——神经认知功能和抑郁症状——之间的关联。我们进一步将这些关联所识别出的食物与普通人群中饮食研究的既往发现进行比较。该方法为PWH中食物相关分子特征与脑部健康之间的关系提供了一种互补的、基于代谢组学的视角，并确定了可用于进一步纵向研究设计的候选食物。

章节摘要

参与者

参与者为170名PWH，均参与加州大学圣地亚哥分校（UCSD）HIV神经行为研究中心（HNRC；P30MH062512-24）的队列研究，并于2019–2022年间提供了222份粪便样本用于非靶向代谢组学检测。这170名PWH以男性为主（87%），种族/族裔背景多样（55%为非白人）。参与者平均年龄为56岁（SD=11.67），平均受教育年限为14年（SD=2.90）。平均随访1.31

参与者特征

参与者的临床和HIV疾病特征见表1。总体认知T分数低于平均水平（均值=46.10；SD=7.69），42%的参与者被归类为存在神经认知损害（整体缺陷评分>0.50）。抑郁症状略有升高，平均水平（BDI-II均值=9.57；SD=9.43），26%的参与者在BDI-II上报告至少轻度抑郁（>13）。综合来看，近50%的参与者存在脑部健康

讨论

本研究利用基于代谢组学的工具，从粪便样本中推导半定量食物评分，并评估了170名参与HNRP队列研究的PWH所提供的222份样本的食物-脑部健康关联。总体而言，该工具检测到86种简单食物，并估计了其在各样本中的相对粪便丰度。在神经认知方面，蔬菜/植物类食物（如甜菜、牛至）、水果（如西瓜）、种子、豆类和鸡蛋的较高评分与

数据可用性*：

本手稿中描述的数据、编码本和分析代码将在收到资源申请后提供，相关申请可通过以下链接获取：https://www.cognitoforms.com/HNRP/HIVNeurobehavioralResearchProgramResourceRequest

生成式AI及AI辅助技术在写作过程中的声明

在撰写本稿件的过程中，作者使用ChatGPT对现有的统计R代码、图表和手稿进行了编辑。在使用该工具/服务之后，作者对内容进行了审核和必要的编辑，并对出版内容的准确性承担全部责任。

资助

C.X.W. 感谢加州HIV/艾滋病研究项目（CHRP；资助编号：H26BD10160）对本项目的支持。H.G.和P.C.D. 感谢克罗恩病和结肠炎基金会（CCFA，赠款编号：1243263）和赫尔姆斯利基金会（Helmsley Foundation）对实验室在开发基于代谢组学和机器学习的饮食读出策略方面的支持。

致谢

CXW、HG、PCD负责研究设计；CXW、HG、JZ、HM-R开展研究；PCD、DJM、RJE提供关键材料；CXW、HG进行数据分析；CXW、HG、TAWS撰写论文；CES、HM-R、JEI、RKH、DJM、SLL、MC、DRF、MG、AHH、RK、RJE审阅和编辑论文。PCD对最终内容承担主要责任。所有作者均已阅读并批准最终手稿。

Crystal X. Wang|Harsha Gouda|Toon A.W. Scheurink|Jasmine Zemlin|Christine E. Spaven|Helena Mannochio-Russo|Jennifer E. Iudicello|Robert K. Heaton|David J. Moore|Scott L. Letendre|Mariana Cherner|Donald R. Franklin|Monica Guma|Andrew H. Miller|Rob Knight|Pieter C. Dorrestein|Ronald J. Ellis