基于连锁不平衡得分回归(Linkage Disequilibrium Score Regression, LDSC)与孟德尔随机化(Mendelian Randomization, MR)的遗传学证据揭示奶酪摄入与认知功能的关联

《Food Frontiers》：Genetic Evidence From Linkage Disequilibrium Score Regression and Mendelian Randomization Links Cheese Intake to Cognitive Function

　　

最佳脑功能深受营养状况影响，凸显饮食作为维持全生命周期认知健康的关键可修饰因素之一。本研究旨在调查17种常见食物摄入与人类认知能力之间的因果关系。研究人员利用大规模全基因组关联研究(Genome-Wide Association Study, GWAS)汇总统计数据，应用连锁不平衡得分回归(Linkage Disequilibrium Score Regression, LDSC)评估遗传相关性，并应用孟德尔随机化(Mendelian Randomization, MR)评估饮食习惯与认知表型间的因果效应。在所检测的食物中，遗传预测的奶酪摄入与多种认知特征表现出最一致的正向关联。相比之下，遗传预测的酒精摄入与若干认知特征表现出一致的负向关联。进一步的MR分析显示，奶酪摄入还与认知相关结局呈正向关联，包括受教育程度与心理健康水平。此外，通过表达数量性状位点(expression Quantitative Trait Locus, eQTL)分析对映射至奶酪摄入相关变异的基因进行富集分析，揭示其在认知相关表型及神经元突触传递相关的生物学过程中显著富集。这些发现表明奶酪摄入可能与有利的的认知及心理特征相关，为未来认知健康的饮食研究提供了遗传学证据。

研究背景方面，认知功能对脑健康至关重要，支撑学习、记忆、决策及日常功能，部分核心认知能力在生命第三个十年即开始下降，识别支持认知维持与韧性的可修饰因素具有重要意义。尽管遗传因素解释智力30%至70%的变异，但认知功能亦受饮食、健康状况及体力活动等可修饰环境因素影响，饮食通过营养供给、代谢调节及神经保护等机制显著影响认知功能。均衡饮食与多年龄组言语、视空间及记忆任务表现改善相关，营养不良则可导致神经认知功能下降，地中海饮食与较低认知衰退风险及相关神经退行性疾病发病率相关，蛋白质是脑发育基础，缺乏可直接损害脑结构与功能，流行病学证据提示乳制品消费可能预防认知衰退，较高奶酪摄入与认知障碍风险降低32%相关，酪蛋白肽对认知功能具正向作用。特定膳食成分不仅支持整体健康还可增强认知功能，可能缓冲神经退行性疾病发展，饮食是维持全生命周期认知健康的关键可修饰风险因素，然而尽管不同饮食成分与认知功能间的相关性被提出，不同研究间争议较大，人类中这些关联的因果性质尤其在健康个体中尚待阐明，且饮食对认知能力的影响为慢性过程，临床试验探索这些关系存在显著挑战，孟德尔随机化(Mendelian Randomization, MR)利用遗传变异作为工具变量推断暴露与健康结局间因果关系，为理解这些因果联系提供稳健替代视角，因此研究人员开展本研究，应用连锁不平衡得分回归(Linkage Disequilibrium Score Regression, LDSC)与MR分析评估17种常见食物与若干认知相关性状间的遗传相关性及潜在因果关联，发现奶酪摄入在所检认知表型中表现出最一致的正向关联，进一步发现奶酪摄入与扩展表型包括受教育程度及心理健康相关性状间存在潜在因果关联的一致证据，奶酪摄入相关变异映射基因通过eQTL分析显著富集于认知相关表型及神经元突触传递相关生物学过程，共同提供遗传证据支持奶酪摄入在认知功能中的潜在因果作用，为饮食如何调节脑健康提供新见解，论文发表于《Food Frontiers》，重要意义在于从遗传学层面为饮食与脑轴关联提供新证据，提示奶酪摄入或与有利认知及心理特征相关，为未来认知健康饮食研究提供依据。

研究人员开展研究用到的主要关键技术方法包括，研究设计为多步骤遗传流行病学分析，饮食摄入与认知相关表型全基因组关联研究(GWAS)汇总统计数据来源于IEU分析的英国生物样本库(UK Biobank)表型，基于欧洲血统大样本，认知相关表型包括认知表现、智力、童年智力、流体智力得分及限时内尝试的流体智力问题数量，扩展认知相关表型包括受教育程度与心理特征，脑区体积相关表型来自IEU OpenGWAS数据库的ubm-a集合。应用连锁不平衡得分回归(LDSC)估算单核苷酸多态性(Single Nucleotide Polymorphism, SNP)基于的遗传力及遗传相关性，使用MungeSumstats工具标准化GWAS汇总统计，在R中用GenomicSEM包进行LDSC分析。双样本孟德尔随机化(MR)分析按工具变量选择标准筛选仪器变量，用ieugwasr包进行SNP的LD聚类，以1000 Genomes Project为LD参考面板，排除LCT/MCM6区域变异进行敏感性分析，用TwoSampleMR包进行MR分析，以逆方差加权(Inverse-Variance Weighted, IVW)为主要方法，依异质性选固定或随机效应模型，用Cochran Q统计量、MR-Egger截距检验、MR-PRESSO及留一法敏感性分析，多重比较用Benjamini-Hochberg(BH)程序校正假发现率(False Discovery Rate, FDR)。用GTEx v8 eQTL数据注释奶酪摄入相关SNP映射基因，进行蛋白互作(Protein-Protein Interaction, PPI)网络分析及表型与基因本体(Gene Ontology, GO)富集分析。

研究结果部分，3.1 LDSC分析确定奶酪摄入是与认知表型最强相关的饮食性状，研究人员首先用LDSC估算认知相关性状SNP基于遗传力，认知表现19.90%、智力18.59%、流体智力得分22.13%、限时流体智力问题数11.09%、童年智力27.52%，饮食摄入性状SNP基于遗传力2%至8%，奶酪摄入6.74%、酒精摄入8.02%，随后检查饮食与认知性状间遗传相关性，干果摄入与认知表现、智力、童年智力、流体智力得分正遗传相关，咖啡摄入与认知表现、智力、童年智力、限时问题数、流体智力得分正遗传相关，奶酪摄入与认知表现、智力、童年智力、限时问题数、流体智力得分呈正遗传相关，酒精摄入呈负遗传相关，奶酪与酒精分别在正负遗传相关中最显著。

3.2 MR分析确定奶酪摄入是对认知功能具最强因果证据的饮食性状，研究人员用双样本MR评估潜在因果关系，干果摄入与智力正关联，咖啡摄入与限时流体智力问题数正关联，熟蔬菜摄入与限时问题数负关联，奶酪摄入与认知表现、智力、童年智力、流体智力得分、限时问题数均正关联，互补MR方法结果一致，酒精摄入与认知表现、智力、流体智力得分、限时问题数负关联，敏感性分析无个体遗传工具过度影响，MR-Egger截距检验无方向多效性，独立奶酪摄入数据集结果一致，MR Steiger方向性检验支持奶酪摄入到认知结局方向，双向MR提示关系可能双向或部分由共享遗传行为因素驱动。

3.3 MR分析支持奶酪摄入与受教育程度及心理健康的正向关联，研究人员进一步检查奶酪摄入与教育及心理表型关联，奶酪摄入与大学毕业 attainment、受教育年限、大学完成呈正关联，与悲惨感、情绪波动、感到厌烦呈负关联，荟萃分析显示奶酪摄入与抑郁、焦虑呈负关联，与3143个脑区体积相关性状无显著关联经多重校正。

3.4 奶酪摄入相关eQTL映射基因富集于认知相关通路，研究人员对奶酪摄入相关变异映射基因进行功能注释与通路富集，GTEx v8 eQTL数据识别828个显著eQTL关联对应193个唯一基因，STRING PPI网络显著富集，表型富集前三位为认知、智力、情绪症状测量，GO富集于突触信号传导、神经发育、钙介导信号调节、海马发育等生物学过程，及自噬、凋亡、免疫调节通路。

讨论部分总结，饮食与脑功能关系是营养神经科学重要议题，脑需多样营养维持功能，认知受营养状况影响，特定食物对认知过程的潜在影响受关注。饮食选择受生物心理社会文化环境影响，遗传因素贡献味觉偏好及食物不耐受，LDSC显示食物摄入具显著遗传组分，特定食物与认知表型间显著遗传相关，奶酪与酒精分别呈最强正负遗传相关，MR支持二者分别呈最强正负因果关联。既往水茶与认知关联在本研究MR中未检测显著因果关联，果蔬与中老年认知维持相关但在本研究中新鲜果与生蔬无显著关联，干果与智力正因果关联或反映营养密度或饮食模式差异，熟蔬菜与流体智力负关联基础不明或受烹饪方法等影响，红肉摄入与较差认知健康相关，本研究中猪肉呈非显著负倾向，羔羊牛肉加工肉无显著关联，鱼类因不饱和脂肪酸被认为有益认知但油性鱼无显著关联，非油性鱼与流体智力负因果关联，酒精与认知衰退负因果关联与既往一致。奶酪与认知关联既往证据混杂，部分研究报总乳品与老者执行功能正关联、奶酪与日社区老者认知衰退负关联、轻度认知 impairment 老妇三月奶酪摄入后脑源性神经营养因子增加，亦有研究报两年随访奶酪与老者认知表现变化无关，现有证据多聚焦老者或认知 impairment 个体，健康人群奶酪与智力关系需进一步研究。奶酪是酪蛋白凝固乳制品，酪蛋白及衍多肽对认知具潜在有益作用，如牛酪蛋白衍三肽Met-Lys-Pro(MKP)减轻阿尔茨海默病小鼠认知衰退，口服入血浆，临床试验报MKP改善无痴呆成人空间认知，为MR结果提供生物学合理性。奶酪亦含酪氨酸与色氨酸，酪氨酸是多巴胺去甲肾上腺素前体，补充或可缓解认知衰退或增强表现，色氨酸为血清素褪黑素合成所需，低血清素与记忆巩固受损相关，中枢血清素调节多认知过程，褪黑素除调节昼夜节律参与海马神经发生与认知功能，奶酪含维A、B、D、E、K及钙锌硒磷等矿物质，或为关联提供额外生物学合理性。本研究优势包括用数据驱动MR框架系统比较17种食物确定奶酪为与认知最强因果证据饮食因素，评估多认知及教育心理健康表型关联一致支持稳健与生物学合理性，eQTL映射基因富集顶级为认知智力相关及神经元突触传递通路提供功能支持。局限包括GWAS多为欧洲血统，推广至其他族群或饮食文化需验证，奶酪摄入GWAS基于饮食问卷或引入选择偏倚与非应答者及极端饮食模式代表不足，生存至招募或引碰撞偏倚，MR虽减混杂与反向因果但依赖严格假设，虽用多敏感性分析检多效性仍不能完全排除水平多效性或王朝效应，无分层GWAS评估U型效应，奶酪高饱和脂肪钠高水平或有不良影响，不能排除U型关联，当前提供遗传预测奶酪摄入对认知平均因果效应证据，未来需个体水平数据与非线性MR研剂量反应关系，富集分析基于遗传转录组注释非直接实验验证，需进一步实验研奶酪营养素影响神经回路与认知功能的分子机制。

结论部分翻译，总之，本研究利用大规模GWAS数据与MR分析检查饮食偏好与认知相关性状间的潜在因果关联，在17种常见食物中，奶酪摄入显示出与认知相关表型有利关联的最强证据，额外分析进一步将奶酪摄入与受教育及心理健康相关性状联系起来，支持这些发现在相关表型域间的一致性，这些结果为饮食-脑轴提供了新的遗传学证据，并强调需要进一步实验与临床研究来验证潜在机制并评估奶酪摄入对认知健康的潜在影响。