科研 | Clin. Gastroenterol.：健康生活方式下欧洲人群队列的代谢特征与结直肠癌风险
编译：孙元芳，编辑：Tracy、江舜尧。
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实验设计
实验结果
1. 嵌套-病例对照研究参与者的特征
嵌套病例对照研究的参与者特征见表1，在结直肠癌诊断前，患者平均随访7.7年。与对照组相比，基线时患者的体重指数(BMI)和腰围较大，较高，WCRF/AICR评分较低。
表1 EPIC中大肠癌病例的特征和匹配的对照
2. WCRF/AICR评分的代谢组学数据和代谢特征
在发现和病例对照数据集中，我们共测定了155种内源性代谢物和34种脂肪酸。许多高相关性(r > 0.9)在代谢物类中被发现，但在脂肪酸和内源性代谢物平台的化合物之间却很少，在4964种可能的相关性中，r > 0.6的仅占25种(图1a)；在发现组中，来源的病例对照研究对内源性代谢产物的变化贡献最大(Rpartial2=20.3%)，而研究中心解释了脂肪酸的变化(Rpartial2=3.0%)。
排除检出率不足或CVs高的化合物后，留下128个内源性化合物和30个脂肪酸用于提取代谢特征，其中，高WCRF/AICR评分的脂肪酸特征中饱和脂肪酸(SFA) 17:0和SFA 15:0 (pLV1= 0.149和0.076)升高最显著(表2和图1b)，而MUFA 16:1n-7/n-9和SFA 16:0 (pLV1= -0.058和-0.043)降低最显著，WCRF/AICR评分的内源性代谢特征以磷脂酰胆碱(PC)为主。高评分时，LysoPC a 17:0、PC ae 40:6和PC ae C36:2最高(pLV1=0.035、0.032和0.032)，PC aa C32:1和PC aa C38:4最低(pLV1=-0.037和-0.034)。
表2 通过第一个PLSR潜在变量中的系数，对WCRF / AICR的代谢特征贡献最大的化合物
3. 代谢特征、WCRF/AICR评分成分与结直肠癌风险之间的关系
这两种代谢特征与坚持体重维持和避免饮酒建议显著相关(图1c)。脂肪酸特征最大程度地反映了酒精指南量(r = 0.43)而内源性代谢产物反映体重维持(r = 0.33)，增加一个单位脂肪酸特征与结直肠癌的风险降低49%有关，而一个单位增量的内源性代谢特征(1 - 5)与结直肠癌的风险降低38%有关。相比之下，在整个病例对照研究中，WCRF/AICR评分升高1个单位，风险降低7%(表3)。通过解剖亚位点，我们发现内源性代谢物代谢特征的一个单位增加与结肠癌风险降低35%和直肠癌的风险降低56%相关。作为补充分析，当对代谢特征模式进行WCRF/AICR评分额外调整时，我们发现结直肠癌风险与脂肪酸特征之间的相关性失去了统计学意义；而内源性代谢特征的相关性没有明显改变。
表3 结直肠癌风险和代谢特征或WCRF/AICR评分的优势比和95%可信区间（按性别和解剖亚位点）
讨论
在这项分析中，我们从一大批无癌对照参与者中获得了与WCRF/AICR评分相关的脂肪酸和内源性代谢物特征。我们发现了代谢特征谱的特征是特定的单链脂肪酸(OCFA)、磷脂酰胆碱和氨基酸；并且捕获了体重管理和酒精避免方面的WCRF/AICR指南。与传统的WCRF/AICR评分相比，在相同的参与者中，这两个特征与结直肠癌风险的相关性更强。与单纯的问卷数据和物理测量相比，测量这些特征可以提供对结直肠癌风险更敏感的评估，因为它们可能包含比WCRF/AICR建议所包含的更广泛的生活方式行为和特征。
在EPIC和其他组群中，遵守WCRF/AICR指南与降低结肠直肠癌风险有关。以前的研究使用自定义权重作为得分成分，可以最好地捕捉结肠直肠癌特有的危险因素。我们均匀地对各评分成分进行加权，以描述伴随一般癌症预防或促进生活方式的代谢特征：就单个化合物而言，OCFA 17:0和15:0对脂肪酸特征有显著影响，其中，OCFA来源于乳制品脂肪，之前已经报道过总OCFA与乳制品摄入之间存在显著相关性，然而，在我们的分析中，对乳制品摄入总量的调整对风险估计的改变微乎其微；其他因素也可能影响OFCA的循环，如通过丙酸盐的从头形成摄入酒精和纤维素，OCFA还与2型糖尿病的低发病率和脂肪因子的抗炎特征呈正相关，脂肪酸摄入可以调节炎症的生物标记。
从饮食中获得的脂肪酸也与磷脂酰胆碱结合在一起，后者是生物膜的组成部分，也是控制基因调控和血糖稳态控制等过程的信号分子。在以前的研究中，磷脂酰胆碱在内源性代谢物特征上的影响与个人的生活方式行为有关。在三个独立的前瞻性研究中，LysoPC a C17:0和PC ae C36:2，在高WCRF/AICR评分标志中升高，与酒精摄入呈负相关，而在同样的研究中，PC aa C32:1与酒精摄入量呈正相关，与高总肉类摄入量、吸烟和2型糖尿病风险独立相关。由于磷脂酰胆碱很容易受到饮食和生活方式因素的干扰，而且结构上的细微差异赋予其独特的生物活性，因此我们需要进行专门的研究来阐明它们与肿瘤发生的关系。据报道，在WCRF/AICR评分较高的内源性标记中升高的甘氨酸与红肉总摄入量和2型糖尿病风险呈负相关，但与每周体育活动总量呈正相关；而谷氨酸出现在高BMI人群的代谢剖面中，并与胰岛素抵抗有关，我们对氨基酸的观察与先前的研究基本一致。
尽管两个平台具有正交性，但这两个特征对体重管理和酒精避免的捕获都比WCRF/AICR评分的其他组成部分更强烈。避免酒精可明显地捕捉到脂肪酸特征，尽管乙醇暴露可能通过多种机制如抑制酶催化剂、肠道微生物群的破坏或肝细胞的生理变化等减弱脂肪酸的吸收和与磷脂结合，但OCFA已被报道与酒精摄入负相关，体重管理是最强有力的捕获内源性特征，其氨基酸成分涉及肥胖和胰岛素抵抗。在敏感性分析中，在对WCRF/AICR评分进行额外调整后，内源性特征仍然与结直肠癌风险密切相关，显示了捕获与该疾病相关的内在或长期代谢异常的能力。代谢标志物的相关性强于WCRF/AICR评分，这一事实表明代谢标志物不是作为评分的生物标志物代表，而是反映了不能通过传统方法直接测量的代谢健康的各个方面。
代谢特征与结直肠癌的关联在男性中更为明显，而在女性中则较弱且不显著，这可能反映了得分中综合风险因素的性别差异，如BMI和饮酒，这些男性患结肠直肠癌的风险因素比女性更强。除了这种异质性，结直肠癌的危险因素和性别之间的关联可能因解剖亚位点的不同而不同，在我们的研究中，结肠癌的关联不成比例地受到远端肿瘤的驱动。但是，尽管生物、生活方式和饮食因素对风险的影响不如结肠癌那么明显，直肠癌却与WCRF/AICR评分的内源性代谢特征密切相关。总的来说，这些差异如果可重复在其他组群中进行跟踪，这可能指向特定的生物学途径，值得深入研究。
我们的研究在两个互补的平台上得到验证：一个是从大型禁食发现组中获得的代谢特征，和另一个在大规模嵌套病例对照研究中测量的代谢物含量。由于参与者来自不同的EPIC中心和不同实验室分析的样本组合，内源代谢物和脂肪酸数据并不总是适用于同一参与者，因此我们无法确定从两个平台得出的整体特征，且脂肪酸特征来自一个主要由女性参与者组成的数据集，因此可能不适用于男性。但其中一个限制是目前我们还不能在外部队列中测试这些特征，另一个限制是我们无法获得结肠直肠癌筛查、家族史和一些EPIC中心使用非甾体抗炎药的数据，这意味着我们无法针对这些潜在的混杂因素进行调整。
结论
与WCRF/AICR评分指南相比，代谢特征与结直肠癌的相关性更强，这表明代谢物特征反映的行为和生物学特征范围很广，可以用来更好地评估结直肠癌风险或洞察代谢风险因素。进一步研究健康的生活方式模式及其与新陈代谢和癌症的关系是值得的。