韩国成年人植物性饮食质量与肠道菌群及其与心脏代谢风险的关系

《EUROPEAN JOURNAL OF NUTRITION》：Plant-based diet quality and gut microbiota in relation to cardiometabolic risk in Korean adults

　　

本研究旨在探讨植物性饮食质量与肠道菌群之间的关联，并评估将菌群特征与膳食指数相结合是否能增强与选定心脏代谢结局关联的强度。在该横断面研究中，研究人员分析了2017年至2019年间收集的2,388名韩国成年人的队列数据。膳食质量指数包括总体植物性饮食指数（PDI）、健康植物性饮食指数（hPDI）和非健康植物性饮食指数（uPDI），均来源于食物频率问卷（FFQ）。肠道菌群采用16S rRNA基因测序进行特征分析。心脏代谢风险因素包括肥胖、腹型肥胖、空腹血糖升高、甘油三酯（TG）升高、高密度脂蛋白胆固醇（HDL-C）降低以及血压升高。研究结果显示，较高的hPDI评分与肥胖风险降低（OR=0.72；95% CI，0.57–0.91）及肠道菌群α-多样性改善相关；较高的uPDI评分与空腹血糖升高风险增加（OR=1.23；95% CI，1.00–1.52）和HDL-C水平降低（OR=1.35；95% CI，1.07–1.70）相关，且α-多样性较低。hPDI和uPDI评分也与肠道微生物群落结构的差异相关。对于肥胖和空腹血糖升高，将植物性饮食指数与肠道菌群特征整合的模型显示出比纯膳食模型更高的曲线下面积（AUC）。属水平分析鉴定了与膳食评分和代谢特征相关的关键细菌属。各模型对HDL-C降低的预测性能均较为有限。研究结论认为，植物性饮食质量与肠道菌群组成和心脏代谢健康相关；将肠道菌群特征与膳食评估整合可为肥胖和空腹血糖升高提供更大的解释价值，但尚需纵向研究以阐明时序关系和因果路径。

该研究发表于《EUROPEAN JOURNAL OF NUTRITION》，聚焦于植物性饮食质量、肠道菌群与心脏代谢风险之间的复杂关联，填补了亚洲人群相关研究的重要空白。

研究背景与科学问题

植物性饮食因其健康效益和环境可持续性而受到全球关注，但并非所有植物性食物对健康具有同等价值。为区分植物性饮食的健康程度，研究者提出了总体植物性饮食指数（PDI）、健康植物性饮食指数（hPDI）和非健康植物性饮食指数（uPDI）三个指标。hPDI强调全谷物、水果、蔬菜等健康植物性食物的摄入，同时减少精制谷物、含糖食品及动物性食物；uPDI则反映以精制谷物和高糖植物性食物为主的饮食模式。既往研究表明，较高的hPDI与冠心病、2型糖尿病及其中间状态风险降低相关，而较高的uPDI则与慢性疾病风险增加有关。肠道菌群作为影响宿主健康的重要因素，受到饮食、地理位置、生活方式等多种因素影响。植物性食物可促进菌群产生短链脂肪酸（SCFAs）等代谢产物，进而调控免疫和代谢功能。尽管已有研究证实植物性饮食质量与肠道菌群组成存在关联，但针对亚洲人群的研究仍较为匮乏。韩国传统饮食以高碳水化合物和植物性食物为特征，其菌群特征与西方人群存在差异，这为探索膳食-菌群-心脏代谢风险的相互作用提供了独特视角。在此背景下，研究人员开展了一项大规模横断面研究，旨在明确植物性饮食质量指数与肠道菌群组成的关联，并评估整合菌群特征是否能增强对心脏代谢风险因素的预测能力。

主要技术方法

研究样本来源于2017年至2019年在韩国中央大学医院（Chung-Ang University Hospital）和忠北国立大学医院（Chungbuk National University Hospital）招募的队列人群，最终纳入2,388名成年参与者。膳食评估采用经过验证的106项食物频率问卷（FFQ），据此计算PDI、hPDI和uPDI评分。肠道菌群分析采用16S rRNA基因V3/V4区测序，在Illumina MiSeq平台上完成，通过QIIME2流程进行生物信息学分析，计算α-多样性（Shannon指数、Faith系统发育多样性、Observed features、Pielou均匀度）和β-多样性（加权和非加权UniFrac距离）指标。心脏代谢风险因素包括肥胖（BMI≥25 kg/m²）、腹型肥胖、空腹血糖升高（≥100 mg/dL）、TG升高（≥150 mg/dL）、HDL-C降低（女性<50 mg/dL或男性<40 mg/dL）及血压升高（收缩压≥130 mmHg和/或舒张压≥85 mmHg）。统计方法包括多变量校正logistic回归、置换多变量方差分析（PERMANOVA）以及基于随机森林（Random Forest）算法的机器学习模型构建，后者将数据集按7:3分为训练集和测试集，以曲线下面积（AUC）评估预测性能。

研究结果

PDI评分与心脏代谢风险因素的关联：研究发现，高hPDI评分组肥胖风险显著降低（OR_high=0.72；95% CI：0.57–0.91），而uPDI评分与空腹血糖升高风险增加（OR_high=1.23；95% CI：1.00–1.52）及HDL-C降低风险增加（OR_high=1.35；95% CI：1.07–1.70）相关。PDI评分与低HDL-C水平存在正相关。这一发现提示，植物性饮食的健康程度是区分心脏代谢风险的关键，而非简单的植物性食物摄入量。

PDI评分与肠道微生物群落结构的关联：高hPDI和高PDI评分组在所有α-多样性指数上的表现均优于低评分组，而高uPDI评分组除Pielou均匀度外α-多样性显著降低。β-多样性分析显示，高、低PDI评分组间存在显著的肠道微生物群落结构差异。该结果表明，健康的植物性饮食模式有助于维持更高的菌群多样性，而非健康的植物性饮食则可能损害菌群丰富度。

饮食-菌群整合模型对心脏代谢风险的预测性能：针对肥胖和空腹血糖升高这两个具有显著膳食-结局关联的组合，研究人员比较了临床变量模型、膳食指数模型、菌群特征模型及整合模型的预测性能。结果显示，临床变量模型表现最优（肥胖AUC=0.659，空腹血糖升高AUC=0.632）。然而，在膳食指数基础上添加属水平菌群特征后，肥胖预测的AUC从0.501提升至0.595，空腹血糖升高预测的AUC从0.492提升至0.565，均优于单纯的膳食模型。对于低HDL-C，各模型预测性能均较为有限，整合模型改善不明显。

随机森林模型鉴定关键细菌属：在hPDI-肥胖模型中，Caproiciproducens、Prevotella和Bacteroides等属贡献最大；在uPDI-空腹血糖升高模型中，Escherichia/Shigella、Parabacteroides和Bacteroides为主要贡献者。进一步的关联分析显示，Roseburia与hPDI呈正相关，该属为已知产丁酸属，丁酸具有维持上皮屏障功能和改善代谢稳态的作用；Escherichia/Shigella与uPDI和空腹血糖均呈正相关，该属常被视为菌群失调和炎症环境的标志，其富集可能与内毒素相关的胰岛素抵抗有关；Veillonella与uPDI正相关，该属为乳酸利用菌，其增加可能反映精制碳水化合物相关的微生物发酵模式改变而非直接的有益效应；Blautia与HDL-C呈正相关，该属在多项研究中与有利代谢表型和抗炎效应相关。此外，Roseburia与水果摄入正相关、与乳制品和蛋类摄入负相关，Caproiciproducens和Blautia与乳制品摄入正相关，提示这些关键菌属不仅反映整体膳食模式，也与特定食物组存在关联。

讨论与结论

研究人员在讨论部分深入分析了上述发现的生物学意义。与膳食问卷相比，肠道菌群可作为更具整合性的饮食相关生理学生物标志物，因其能反映累积性膳食暴露及宿主生物学背景，减少回忆偏倚和测量误差。然而，鉴于横断面设计的局限性，菌群特征应视为传统膳食评估的补充而非替代。研究支持健康植物性饮食可能通过降低能量密度、提供抗氧化物和植物化学者（phytochemicals）来减少炎症和改善代谢健康；相反，以精制碳水化合物和添加糖为特征的非健康植物性饮食可能通过高升糖指数食物损害胰岛素敏感性和扰乱葡萄糖代谢。

从机制角度，膳食纤维和多酚等生物活性成分可增加菌群多样性，促进短链脂肪酸产生，减少三甲胺N-氧化物等有害物质形成。研究鉴定的关键菌属提示了多种可能机制：Roseburia介导的丁酸产生、Escherichia/Shigella相关的炎症和胰岛素抵抗、Veillonella反映的发酵模式改变等。虽然临床模型整体预测性能最优，但菌群模型的附加价值在于连接膳食暴露与宿主生理，提供传统风险因素之外的信息。

研究局限性包括：横断面设计无法推断因果关系；尽管校正了关键混杂因素，残余混杂仍可能存在；16S rRNA测序分多批次进行，缺乏标准对照样本进行批次校正；16S rRNA测序的分类学分辨率和功能信息有限；机器学习模型未在独立队列中验证。尽管如此，该研究首次系统探索了韩国人群中植物性饮食质量、特定肠道菌群与心脏代谢风险的关联。

研究结论部分明确指出：植物性饮食质量与肠道菌群组成及心脏代谢健康相关；整合肠道菌群特征与膳食质量指数对肥胖和空腹血糖升高显示出更强的关联强度。但由于临床模型整体表现最佳，研究结果并不认为肠道菌群优于传统临床预测因素，而支持其作为连接膳食暴露与宿主生理的补充性生物标志物。未来需要采用纵向设计、宏基因组和代谢组学分析以及外部验证的研究，以阐明时序关系、识别潜在生物学机制并评估这些发现的可重复性。