《Nature Communications》：Associations between diet quality, epigenetic aging and epigenome in two population-based cohorts
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摘要：几种饮食模式已被认为与更好的健康结局相关。然而，不同所谓健康饮食的依从性在多大程度上存在重叠、这些饮食模式是否具有同等益处，以及它们是否与相似的DNA甲基化谱相关，仍不清楚。因此，研究人员探究了十种饮食质量评分的依从性重叠情况，并检验了这些评分与生物衰老
摘要：几种饮食模式已被认为与更好的健康结局相关。然而，不同所谓健康饮食的依从性在多大程度上存在重叠、这些饮食模式是否具有同等益处，以及它们是否与相似的DNA甲基化谱相关，仍不清楚。因此，研究人员探究了十种饮食质量评分的依从性重叠情况，并检验了这些评分与生物衰老标志物及DNA甲基化谱的关联。研究人员使用了莱茵兰研究（Rhineland Study）这一大型基于人群的队列数据，并利用EPIC-波茨坦（EPIC-Potsdam）队列的相应数据对研究结果进行了验证。研究发现，在不同饮食质量评分中被划分为最高四分位数（前25%）的参与者之间的重叠程度极小。坚持健康饮食模式与表观遗传衰老减缓相关，尽管不同饮食质量评分的关联强度存在差异。不同的饮食模式与不同的甲基化谱相关，但这些甲基化谱在很大程度上汇聚于相同的生物学通路。研究结果表明，尽管饮食组成存在差异，但总体坚持健康饮食模式可能通过相似的表观遗传机制促进健康。
论文解读：饮食质量、表观遗传衰老与表观基因组的关联——基于两个人群队列的研究
一、研究背景与目的
不健康的饮食习惯每年与全球约1100万例死亡相关，其危害超过吸烟和其他可调节危险因素。然而，既往营养研究多集中于单一食物或营养素，缺乏对整体饮食模式的综合评估。饮食模式涵盖多种营养素、食物和饮料，能够更全面地反映饮食对健康的影响。饮食质量评分（diet quality scores）作为假说驱动的衡量工具，常用于评估个体饮食与现行营养指南或疾病预防建议的符合程度。目前已发展出多种饮食质量评分，如替代健康饮食指数（AHEI）、地中海饮食评分（MDS）、降压饮食疗法（DASH）、地中海-DASH神经退行性延迟干预（MIND）饮食、北欧饮食评分、膳食炎症指数（DII）、植物性饮食指数（PDI、hPDI、uPDI）以及EAT-柳叶刀饮食等。尽管这些评分均强调水果、蔬菜和全谷物摄入，并限制红肉、加工肉类和糖的摄入，但不同评分在具体食物组分、计分方式上存在差异，因此不同评分之间的依从性重叠程度，以及它们是否通过相似或不同的分子机制影响健康结局，尚无明确结论。
饮食质量影响健康结局的分子机制尚不清楚，但DNA甲基化被认为是潜在的重要环节。表观遗传修饰是环境暴露（包括饮食）与基因组相互作用的分子机制之一。表观遗传时钟（epigenetic clocks）可基于DNA甲基化模式估算生物学年龄。既往研究多聚焦于单一食物或营养素与表观遗传时钟及表观基因组的关系，结果尚不一致。近期一些研究提示，坚持健康饮食模式与较慢的生物衰老相关，但不同饮食模式对生物衰老和DNA甲基化是否具有不同影响，尚未得到系统评估。此外，基于覆盖约85万个CpG位点的Human Infinium MethylationEPIC阵列进行的饮食模式表观基因组关联分析（EWAS）仍较少。因此，本研究利用德国莱茵兰研究（Rhineland Study）这一大型人群队列，系统评估十种饮食质量评分与第二代、第三代表观遗传衰老指标及全基因组DNA甲基化的关联，并在独立的EPIC-波茨坦（EPIC-Potsdam）队列中进行验证。
二、主要研究方法
研究样本来自莱茵兰研究，共纳入6470名具有完整饮食、表观遗传和协变量数据的参与者（57%为女性，平均年龄56.3±13.6岁）。饮食摄入通过半定量食物频率问卷（FFQ）评估，并计算十种饮食质量评分。DNA甲基化使用Illumina Human MethylationEPIC BeadChip（v1.0）芯片测量，覆盖约85万个CpG位点。表观遗传衰老指标包括GrimAge加速度（GrimAA）、PhenoAge加速度（PhenoAA）和DunedinPACE（第三代衰老速度指标）。统计分析采用多变量线性回归模型，调整批次效应、血细胞比例、性别、吸烟状态、总能量摄入等协变量；EWAS采用Bonferroni校正（显著性阈值P<5.95×10??）。在1034名EPIC-波茨坦队列参与者中进行独立验证，并采用逆方差加权meta分析合并队列结果。功能分析包括KEGG通路和基因本体（GO）通路富集分析、表达数量性状甲基化（eQTM）分析，以及mQTL数据库和EWAS Catalog的查询。
三、研究结果
1. 样本特征与饮食评分相关性
在莱茵兰研究中，所有饮食质量评分之间均存在相关性。不健康植物性饮食指数（uPDI）和膳食炎症指数（DII）与其他指数呈负相关，而两者之间呈正相关（r=0.61）。在健康饮食模式中，北欧饮食与MDS相关性最强（r=0.58），北欧饮食与EAT-柳叶刀评分相关性最弱（r=0.18）。GrimAA、PhenoAA和DunedinPACE之间呈弱正相关（r=0.22-0.28）。仅有18名参与者在所有十种评分中均处于最高25%依从性，77名参与者至少在九种评分中处于最高25%依从性，表明不同健康饮食评分的依从性重叠程度很低。
2. 饮食质量与表观遗传衰老的关联
在莱茵兰研究中，较高的MDS、DASH、MIND、AHEI-2010、北欧饮食、PDI和hPDI依从性与较低的GrimAA、PhenoAA和DunedinPACE相关，而较高的uPDI和DII依从性则与较高的这些指标相关。经Benjamini-Hochberg错误发现率（FDR）校正后，DASH和北欧饮食评分与所有三种表观遗传衰老指标均显著相关。例如，DASH评分每增加1个标准差（4.4分），GrimAA降低0.03个标准差（95%CI：-0.06至-0.01），PhenoAA降低0.03（95%CI：-0.05至-0.01），DunedinPACE降低0.10（95%CI：-0.12至-0.08）。相反，DII每增加1个标准差（1.7单位），PhenoAA增加0.02（95%CI：0.01-0.04），DunedinPACE增加0.07（95%CI：0.05-0.08）。EAT-柳叶刀饮食评分与GrimAA或PhenoAA无关联。调整BMI后关联略有减弱；排除高血压或糖尿病患者后结果方向与幅度保持一致。分层分析显示，当前吸烟者中，较高的MDS、DASH、AHEI、北欧饮食或PDI依从性以及较低的DII依从性与较低的GrimAA、PhenoAA和DunedinPACE相关，而在既往吸烟者或从不吸烟者中未见此关联。
3. 饮食质量与表观基因组的关联
EWAS分析显示，除EAT-柳叶刀饮食外，所有饮食质量评分均与全基因组范围的DNA甲基化水平相关。表观基因组显著CpG位点数量从AHEI-2010的54个到uPDI的3个不等（P<5.95×10??）。值得注意的是，一半的显著CpG仅存在于MethylationEPIC v1.0芯片上而不在450K芯片上。健康饮食模式大多显示负向β值，而uPDI和DII显示相反趋势。
4. 独立队列验证
在EPIC-波茨坦队列中，饮食质量评分与GrimAA和PhenoAA的关联在方向和幅度上与莱茵兰研究一致，两队列间效应估计的Pearson相关系数r为0.79-0.91。meta分析证实了各队列的独立结果，DASH、北欧、AHEI和DII的合并效应在FDR校正后仍显著。共发现240个表观基因组显著CpG（来自九种饮食模式），其中39个在EPIC-波茨坦中成功复制（P<0.05且方向一致）。uPDI（67%）、AHEI（30%）和DASH（22%）的复制率最高。Beta-beta相关分析显示两队列间效应一致性显著（r=0.54，P<0.001）。EAT-柳叶刀饮食在任一队列中均未达到表观基因组显著水平。
5. 饮食相关DNA甲基化的跨组学功能分析
在莱茵兰研究中，不同饮食质量评分关联的CpG和映射基因重叠很少，但涉及的生物学通路重叠度超过70%，共享通路包括KEGG的粘附连接、轴突导向、钙信号通路、内吞作用和MAPK信号通路，以及GO的肌动蛋白结合、细胞形态发生和神经发生等。同时，还识别出饮食特异性通路：DASH饮食独特关联于心瓣膜发育和形态发生等通路，MIND饮食独特关联于认知、学习或记忆以及中枢神经系统神经元轴突发生等通路。EWAS Catalog查询显示，部分CpG先前已与其他队列中的AHEI相关。多个饮食相关CpG（如cg00574958和cg17058475位于CPT1A基因）在BIOS数据库中与基因表达相关。在莱茵兰研究1923名具有基因表达数据的参与者中，33个饮食相关CpG与其映射基因表达水平显著相关，其中包括具有重要代谢功能的基因（如POR、SLC1A5、CPT1A）。进一步分析显示，DASH、AHEI和PDI三种饮食评分与CPT1A基因表达相关。mQTL分析表明，大部分饮食差异CpG与已知mQTL无关，富集分析未发现显著富集。
四、讨论与结论
本研究表明，在普通人群中，坚持更健康的饮食（依据多种饮食质量评分）与较慢的表观遗传衰老一致相关，这一关联在现吸烟者中更为显著。不同饮食模式与独特的DNA甲基化模式相关，但这些模式大多靶向相似的生物学通路，主要涉及细胞结构、信号传导和代谢过程，这些过程在衰老和慢性病发展中至关重要。饮食特异性通路的发现（如DASH饮食与心脏功能相关通路、MIND饮食与认知相关通路）提示了针对性饮食干预的潜在价值。不同饮食模式在分子通路上的汇聚表明，在人群层面采用总体健康的饮食模式可能具有广泛益处。EAT-柳叶刀饮食与第二代表观遗传衰老指标及全基因组甲基化关联甚微，但显著关联于DunedinPACE，提示该饮食模式可能影响衰老速度而非累积性衰老负担。研究局限性包括样本主要基于德国欧洲裔人群、FFQ测量误差、残余混杂以及部分CpG缺乏基因表达数据等。总之，研究结果证实了促进健康饮食模式作为减缓衰老及其相关健康风险策略的重要性，并提示选择特定健康饮食模式可能不如总体上坚持健康饮食关键，但特异性饮食模式可能为高危人群提供额外益处。研究在独立队列中的重复验证支持了其普适性。该论文发表在《Nature Communications》。
