Diet quality, gut microbiota, and microRNAs associated with mild cognitive impairment in middle-aged and elderly Chinese population

中国中老年人群的饮食质量、肠道菌群和微RNA与轻度认知障碍相关

摘要译文

背景：饮食、肠道菌群和微RNA（microRNAs, miRNAs）已被认为是可能影响阿尔茨海默病发病机制的因素，然而，在轻度认知功能障碍（mild cognitive impairment, MCI）中饮食、肠道菌群和微RNA的联合应用尚未得到广泛研究。

目的：是验证中国中老年人群的饮食质量、肠道菌群、miRNAs与MCI风险之间关系。

方法：受试者来源于胆固醇和氧化甾醇对阿尔茨海默病的影响和机制调查（Effects and Mechanism Investigation of Cholesterol and Oxysterol on Alzheimer's disease, EMCOA）研究，共纳入2239例，在基线和随访期均完成了综合认知测试和饮食调查。根据标准问卷的数据计算出中国膳食指南指数-2018（Chinese Dietary Guidelines Index 2018, CDGI-2018）、热量调整后的膳食炎症指数（Energy-Adjusted Dietary Inflammatory Index, E-DII）和健康生活方式评分量表（Healthy Lifestyle Score, HLS）的分值。对75例MCI和52例健康受试者检测肠道菌群和血清微RNA表达的变化。以Logistic回归模型绘制受试者操作特征曲线，区分MCI患者和对照组健康受试者。

结果：CDGI-2018分值（RR，0.75；95%CI：0.58-0.98）和HLS分值（RR，0.54；95%CI：0.34-0.84）升高及E-DII分值（RR，1.46；95%CI：1.14-1.87）降低与MCI风险降低显著相关。与健康对照组相比，在MCI患者中发现菌群多样性和普氏栖粪杆菌（Faecalibacterium）、未鉴定的瘤胃球菌（unidentified Ruminococcaceae）和另枝菌属（Alistipes）丰度均降低。在MCI患者中变形杆菌（Proteobacteria）和γ-变形菌(Gammaproteobacteria)丰度升高，且与hsa-let-7g-5p、hsa-miR-107和hsa-miR-186-3p 相关。膳食质量评分、肠道菌群差异性和血清miRNAs的预测特征，有助于区分MCI患者和健康人（AUC = 0.91）。

结论：更好的饮食质量与更低的MCI风险相关，这可能通过菌群组成和微RNA表达介导。本研究表明，饮食、肠道菌群和微RNA可作为识别MCI患者的组合生物标志物，并为诊断和预防MCI提供新的思路。本研究在中国临床试验注册中心注册，编号：ChiCTROOC-17011882。

     解读人  丁雪冰 教授

• 郑州大学第一附属医院神经内科主任医师，教授，博士生导师

• 河南省医师协会神经病学青委会副主任委员、河南省神经病学分会神经系统罕见病学组副组长、河南省卫生健康中青年学科带头人

• 主持囯家自然科学基金面上及青年项目3项、主持河南省自然科学基金杰出青年基金。荣获河南省科学技术进步奖一等奖1项、河南医学科技奖一等奖1项

2021年8月，首都医科大学肖荣教授在The American Society for Nutrition杂志发表了题为“Diet quality, gut microbiota, and microRNAs associated with mild cognitive impairment in middle-aged and elderly Chinese population” （中国中老年人群的饮食质量、肠道菌群和微RNA与轻度认知障碍相关）的文章。该研究聚焦于中国老年人群，提出饮食质量、肠道菌群、微RNA (miRNA)可作为组合生物标志物以识别轻度认知功能障碍（mild cognitive impairment, MCI）患者。

MCI是阿尔茨海默病(AD)的早期阶段，是一种个体记忆丧失程度超过其年龄预期的情况。人类肠道菌群组成和微生物多样性受许多因素的影响，如年龄、饮食、生活方式、抗生素、遗传和微RNA。肠道菌群失调与许多神经退行性疾病有关，包括AD。一些证据表明，肠道菌群的变化始于AD的症状前阶段，并与AD的发病机制有关。饮食被认为是AD的一个可改变的危险因素，其质量似乎在预防认知能力下降方面发挥着重要作用。此外，饮食质量，以及不同食物和营养的摄入量，已经被证明会影响肠道菌群。研究饮食质量、肠道菌群和认知障碍之间的联系，可能为改善轻度认知障碍患者的认知能力提供一种干预策略。微RNA在MCI和AD中的作用越来越大。最近，人们越来越关注微RNA在肠道菌群和宿主之间通信中的潜在作用。据报道，无菌小鼠大脑皮层中失调的微RNA可能受到肠道菌群的影响。尽管微生物-微RNA相互作用已在肠道稳态和结直肠癌中得到证实，但尚不清楚饮食质量、肠道菌群和微RNA之间的相互作用是否与MCI相关，以及这些因素是否可作为识别MCI患者的组合生物标志物。

该研究从胆固醇和氧化甾醇对阿尔茨海默病的影响和机制调查（Effects and Mechanism Investigation of Cholesterol and Oxysterol on Alzheimer's disease, EMCOA）研究中选择受试者，共纳入2239例，均完成基线和随访期的综合认知测试和饮食调查。根据标准问卷的数据计算出中国膳食指南指数-2018（Chinese Dietary Guidelines Index 2018, CDGI-2018）、热量调整后的膳食炎症指数（Energy-Adjusted Dietary Inflammatory Index, E-DII）和健康生活方式评分量表（Healthy Lifestyle Score, HLS）的分值。统计发现CDGI-2018和HLS升高及E-DII分值降低与MCI的风险降低显著相关（RR，0.75；0.54；1.46）。

研究继续对其中75例MCI和52例健康受试者进行肠道菌群和血清微RNA检测。MCI组的α多样性(Shannon指数和Simpson指数)和β多样性显著降低。与对照组相比，在MCI患者中发现普氏栖粪杆菌（Faecalibacterium）、未鉴定的瘤胃球菌（unidentified Ruminococcaceae）和另枝菌属（Alistipes）丰度降低；变形杆菌（Proteobacteria）和γ-变形菌(Gammaproteobacteria)的丰度升高（图1）。此外，血清微RNA检测显示， MCI组hsa-let-7g-5p、hsa-miR-107和hsa-miR-186-3p水平显著降低，且与变形杆菌（Proteobacteria）和γ-变形菌(Gammaproteobacteria)的丰度呈负相关。logistic回归分析显示，文肯菌科（Rikenellaceae）, 未鉴定的瘤胃球菌, 另枝菌属, Shannon 指数, Simpson 指数, hsa-let-7g-5p, hsa-miR-107和 hsa-miR-186-3p与MCI风险减小相关。基于以上结果，研究团队采用最小绝对收缩和选择受试(LASSO)算法筛选潜在预测因子并通过受试者工作特征曲线的AUC预测其发生概率，建立了将饮食质量评分、粪便肠道菌群组成和微生物多样性与血清微RNA相结合的预测模型，该模型能够准确区分MCI个体与健康个体 (AUC = 0.91)（图2）。

综上，该研究证明高质量饮食与MCI低风险相关，并可能通过菌群组成和微RNA表达介导。饮食、肠道菌群和微RNA可作为组合生物标志物以识别MCI患者，并为诊断和预防MCI提供新的思路。

图1. MCI受试者(n = 75)和对照组(n = 52)细菌类群相对丰度的差异。分类在(A)门、(B)纲、(C)科、(D)属水平。进行t检验，P值< 0.05有显著性差异。缩写:MCI，轻度认知障碍。

图2. 采用LASSO逻辑回归选择饮食质量、菌群和微RNA特征预测模型。本研究提供了(A) 16个特征的系数分布;(B)采用基于最小准则的10倍交叉验证的模型中优化参数(lamda)的选择;(C)饮食、肠道菌群和微RNA特征联合的ROC曲线;(D) 微RNA特征的ROC曲线。缩写:LASSO，最小绝对收缩和选择受试;微croRNA, microRNA; ROC，受试者工作特征曲线。