《Frontiers in Nutrition》：Dietary patterns and osteoporosis risk in a high-altitude population: the roles of gut microbiota and plasma metabolites in a case-control study
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背景：本研究探讨了膳食模式与骨质疏松之间的关联，并探究肠道菌群和血浆代谢物作为潜在中介因素的作用。方法：这项病例对照研究纳入了90名骨质疏松患者和90名健康对照者。所有参与者完成了经验证的半定量食物频率问卷（FFQ），以评估其过去一年的膳食摄入。对FFQ数据进
背景：本研究探讨了膳食模式与骨质疏松之间的关联，并探究肠道菌群和血浆代谢物作为潜在中介因素的作用。方法：这项病例对照研究纳入了90名骨质疏松患者和90名健康对照者。所有参与者完成了经验证的半定量食物频率问卷（FFQ），以评估其过去一年的膳食摄入。对FFQ数据进行主成分分析（PCA）以识别主要膳食模式。使用宏基因组测序（Illumina HiSeq平台，PE150）分析肠道菌群组成。采用超高效液相色谱-串联质谱（UHPLC-MS/MS）进行非靶向代谢组学分析血浆代谢物。采用二元逻辑回归分析膳食模式与骨质疏松之间的关联；多元线性回归用于探讨膳食模式与肠道菌群/代谢物之间的关联。此外，进行中介分析以评估肠道菌群或血浆代谢物是否介导了膳食模式与骨质疏松之间的关联，并计算中介比例。结果：骨质疏松组在年龄（61.89±7.86岁与56.10±7.29岁）、性别（女性72.2%与36.7%）和人体测量学指标方面表现出显著差异（均P＜0.05）。在识别出的六种膳食模式中，“动物内脏和种子”膳食模式与较高的骨质疏松风险相关（OR＝2.21，1.21–4.06；P＝0.010）。骨质疏松患者表现出肠道菌群失调（肠杆菌科富集），且七种代谢物在膳食模式与骨质疏松之间的关联中发挥中介效应。结论：在高海拔人群中，“动物内脏和种子”膳食模式升高了骨质疏松风险，该关联部分由代谢物介导。骨质疏松患者与对照组之间的肠道菌群组成也存在显著差异。
骨质疏松是一种以骨量减少和骨微结构破坏为特征的系统性骨骼疾病，可导致骨脆性增加和骨折风险显著升高。随着全球人口老龄化，骨质疏松已成为日益严峻的公共卫生问题。在中国四川省不同海拔地区的研究显示，50岁以上成人骨质疏松总体患病率为19.42%，而高海拔地区（平均海拔2500–3000 m）患病率为13.00%，中海拔地区患病率更高达25.85%。传统单一营养素研究难以捕捉多种营养素在体内的复杂相互作用，膳食模式分析则整合了营养素的组合及相互作用，能更系统地评估饮食对骨骼健康的影响。肠道菌群作为人体最大的微生物生态系统，可通过免疫调节和代谢调控两条关键途径影响骨代谢，其代谢产物如短链脂肪酸、吲哚衍生物和次级胆汁酸等可调节T细胞分化及破骨细胞活性。血浆代谢物可作为反映肠道菌群功能输出的“远端生物标志物”，为探索微生物-宿主互作提供独特视角。青海省黄南藏族自治州位于青藏高原东南部，居民以藏族为主，传统饮食习惯为高油、高盐、高蛋白、高胆固醇而低维生素，这为研究膳食与骨质疏松的关系提供了理想模型。然而，目前多数膳食因素与骨质疏松的研究集中于平原地区，高海拔地区鲜有报道。因此，研究人员在该高海拔地区开展了以医院为基础的病例对照研究，旨在探索与骨质疏松相关的膳食模式，并利用宏基因组测序和非靶向代谢组学技术系统分析肠道菌群组成和代谢谱差异，进一步探究肠道菌群和代谢物在膳食模式与骨质疏松关联中的作用。该研究发表于《Frontiers in Nutrition》。
研究人员在青海省黄南藏族自治州人民医院招募了90例骨质疏松患者和90例健康对照（2024年7–10月，年龄≥50岁常住居民）。所有参与者完成经验证的半定量食物频率问卷（FFQ），通过主成分分析（PCA）提取主要膳食模式；粪便样本进行宏基因组测序（Illumina HiSeq平台，PE150）分析菌群组成；血浆样本采用超高效液相色谱-串联质谱（UHPLC-MS/MS）进行非靶向代谢组学检测；使用二元逻辑回归和多元线性回归分析膳食模式与骨质疏松及菌群/代谢物的关联，并通过因果中介分析评估中介效应和中介比例。
3.1 一般特征：病例组年龄显著高于对照组（61.89±7.86岁 vs. 56.10±7.29岁），女性比例更高（72.2% vs. 36.7%），身高、体重较低，钙补充剂使用比例较高（均P＜0.05）；两组在教育水平、民族、婚姻状态、吸烟、饮酒、BMI、腰臀比、体力活动、睡眠等方面无显著差异。
3.2 膳食模式与骨质疏松：通过PCA提取出6种膳食模式，二元逻辑回归显示“动物内脏和种子”膳食模式与骨质疏松风险增加显著相关，调整潜在混杂因素后关联仍显著（OR＝2.21，95%CI：1.21–4.06，P＝0.010）。
3.3 肠道菌群与骨质疏松的关联：宏基因组测序显示，骨质疏松组肠道菌群α多样性（Simpson指数）显著高于对照组，PCoA显示两组微生物群落结构存在明显分离。在门水平，骨质疏松组Firmicutes/Bacteroidota（F/B）比值升高；LEfSe分析发现骨质疏松组富集Pseudomonadota（门）、Gammaproteobacteria（纲）、Enterobacterales（目）、肠杆菌科（Enterobacteriaceae）以及克雷伯菌属、志贺菌属、埃希菌属等，对照组富集琥珀酸产生菌Succinivibrionaceae和产短链脂肪酸菌Phocaeicola plebeius。但经FDR校正后，多数菌群与疾病的关联未保持统计学显著。
3.4 膳食模式与肠道菌群的关联：多元线性回归分析显示，经FDR校正后，Gemmatimonas、Tindallia和Coprobacter三个属与“动物内脏和种子”膳食模式保持显著正相关（β分别为0.46、0.32、0.30，PFDR＜0.05）。
3.5 血浆代谢物与骨质疏松的关联：非靶向代谢组学共鉴定出2546种血浆代谢物。OPLS-DA模型显示骨质疏松患者与对照组代谢谱显著分离（R2Y＝0.978，Q2＝0.943，P＜0.05）。共筛选出674种差异代谢物（522种上调，152种下调）。KEGG通路富集分析显示差异代谢物显著富集于乙醛酸和二羧酸代谢、碳代谢、氨基酸生物合成、烟酸和烟酰胺代谢、丙氨酸/天冬氨酸/谷氨酸代谢等通路。在完全调整模型中，979种代谢物与骨质疏松风险显著相关（PFDR＜0.05）。
3.6 膳食模式与血浆代谢物的关联：以“动物内脏和种子”膳食模式为暴露，筛选出56种显著相关的代谢物（PFDR＜0.05），主要富集于甘油磷脂代谢、花生四烯酸代谢、亚油酸代谢、α-亚麻酸代谢和类固醇激素生物合成等核心代谢模块。
3.7 代谢标志物在膳食模式与骨质疏松之间的中介作用：中介分析结果显示，7种血浆代谢物显著介导了“动物内脏和种子”膳食模式与骨质疏松风险的关联，包括5(6)-EpETE methyl ester、Carnitine C?-OH、Carnitine C??-OH、4-Hydroxybenzaldehyde、戊二酸、PC [16:0/20:4 (5Z,8Z,11Z,14Z)]和5-Pentyl-1,4-dioxan-2-one。
讨论部分总结：该研究在高海拔人群中验证了“动物内脏和种子”膳食模式与骨质疏松的独立关联。机制方面，动物内脏富含视黄醇，而高脂种子可促进脂溶性维生素A吸收，过量视黄醇会抑制骨形成并加速骨吸收；该模式高饱和脂肪、高胆固醇及以ω-6多不饱和脂肪酸为主的种子成分增加了促炎潜力；动物内脏中的铁、锌还可与种子中的钙、镁竞争肠道吸收位点；同时高能量密度饮食易导致能量过剩和慢性低度炎症，叠加高海拔低氧环境可能加剧骨微环境氧化应激。肠道菌群方面，骨质疏松患者富集的肠杆菌科可能通过TLR4/NF-κB通路激活炎症（如IL-6、TNF-α），促进破骨细胞生成并抑制成骨细胞活性；对照组富集的产短链脂肪酸菌和琥珀酸产生菌则有助于增强肠道屏障和矿物质吸收。该特征与低海拔地区常见的乳酸菌/双歧杆菌减少模式不同，提示高脂低纤维饮食和低氧可能协同促进肠杆菌科过度生长。代谢物层面，Carnitine C8-OH和C14-OH的异常积累反映脂肪酸β氧化紊乱，戊二酸可抑制三羧酸循环关键酶，共同导致成骨细胞能量供应不足和活性氧过度产生；5(6)-EpETE methyl ester和PC (16:0/20:4)作为花生四烯酸代谢物，提示过量ω-6多不饱和脂肪酸可能促进类二十烷酸产生、激活炎症反应并刺激破骨细胞活性。研究局限性包括病例对照设计无法推断因果，以及骨密度采用定量超声而非金标准双能X线吸收法（DXA）。
结论：本研究证明，在高海拔人群中坚持“动物内脏和种子”膳食模式与骨质疏松风险升高显著相关，血浆代谢物在该膳食-骨骼健康关系中发挥关键中介作用。重要的是，骨质疏松患者观察到明显的肠道菌群失调，最显著的特征是肠杆菌科丰度增加。通过全面的代谢组学分析，研究人员确定了几个关键的代谢物中介物——包括戊二酸和特定酰基肉碱种类——可能在机制上介导了这种膳食模式对骨代谢的有害影响。这些发现为高海拔饮食习惯可能促进骨质疏松发病的代谢途径提供了新见解。
