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Circulation:代谢组学变化揭示早期成年人心血管风险因素

虽然心血管疾病(CVD)风险在40岁个体逐渐显现,但是其实心血管疾病的早期损伤和病变在此年龄之前就已经出现。尽管代谢产物在心血管疾病早期发生中扮演着重要的角色,但是在早期年轻人群中关于机体代谢紊乱的研究以及与CVD的产生或者发病机制的研究仍然十分匮乏。

来自美国密歇根大学心血管研究中心实验室的研究团队在《Circulation》上发表了题为《Comprehensive Metabolic Phenotyping Refines Cardiovascular Risk in Young Adults》的研究文章,作者首先对2330名年轻成年人(黑人和白人)队列利用代谢组研究机体代谢轮廓的动态变化,结合不良CVD表型(心肌功能,心肺适应性,血管钙化等),揭示早期成年人与CVD疾病相关的机体代谢紊乱分子特征;然后采用弹性网络,PCA和Cox回归等统计学习算法建立CVD疾病代谢物风险得分;最后通过弗雷明汉心脏研究的1898名大队列进一步验证上述结果。以上结果不仅揭示CVD早期代谢紊乱机制,而且对早期诊断和预防干预措施方法的制定有重要的临床意义。

实验路线图

研究结果

1

代谢和脂质分子表型关联和通路分析

首先对2330名黑人和白人进行代谢组学分析,通过线性回归模型分析CVD表型(包括心衰,血管和心肺适应性)与代谢/脂质分子之间的相关性,并且通过年龄,性别和种族对计算结果进行校正。结果表明:谷氨酸代谢异常、表皮功能紊乱、氧化胁迫和炎症等,与CVD不良表型的产生密切相关。通过对差异代谢产物通路富集分析,发现CVD疾病相关的重要信号通路如BDNF信号通路、MAPK信号通路、NO/cGMP信号通路和MECP2信号都在早期有显著变化。

2

差异代谢物与脂质分子和CVD表型的关联分析

随后,研究者使用弹性网络回归结合PCA的分析方法,挖掘与CVD不良表型相关的代谢物及其互作关系,以及通过主成分得分来判断代谢物对于心衰和血管表型参数的影响,一边建立CVD风险得分模型。

研究结果发现,心衰和血管不良表型具有不同类别的差异代谢物,并在PCA主成分有显著区分。PC1水平与血管表型更相关,PC2水平与心衰表型更相关。分别对血管和心衰表型相关的代谢物进行权重得分计算,并通过性别和种族进行比较,结果发现:在男性人群中血管相关代谢物得分较低,而在黑人人群中心衰相关代谢物得分较低。

3

CVD表型相关代谢物风险预测和生存曲线分析

研究者在2330名参与人群中,观察到113个严重CVD事件和135名死亡事件。通过多变量生存曲线分别进行代谢物血管得分、心衰得分以及基于两者综合得分的血管-心衰得分分析,随后在另外1898名参与者的验证队列中(600个死亡事件和518个严重CVD事件),基于前期44个差异代谢物的血管得分、心衰得分和综合得分进行生存曲线分析,发现研究结果高度一致,利用代谢物得分可以有效进行CVD不良事件或死亡时间的预期风险的预测。

小编小结

代谢组学(包括脂质组学)是发现心血管生物标志物,进行早期预测和风险评估的有力工具。本研究检测2330名不同种族早期成人代谢和脂质分子表达,结合随访信息和CVD表型参数,建立两者之间的相关性,随后运用统计学习算法建立代谢和脂质分子对于CVD事件的权重得分,借此可以提高CVD疾病风险预测效果,进而在1898名的验证队列中进一步得到证实,该文章是深度研究和评估代谢组学与心血管疾病发生关系的典范。

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