《Frontiers in Nutrition》：Association between dietary fiber intake and cancer cachexia: mediation by inflammatory biomarkers
编辑推荐：
本研究揭示膳食纤维摄入与癌症恶病质（CC）风险呈非线性负相关（OR=0.92），发现白细胞（WBC）、中性粒细胞（NEU）和中性粒细胞-淋巴细胞比值（NLR）分别介导5.67%-7.78%的保护效应，为营养干预提供新靶点。
1 引言
恶性肿瘤是全球疾病负担的主要因素，癌症恶病质涉及近40%的癌症相关死亡，在患者中患病率达33%。其发病率因肿瘤类型而异，在胃食管癌和胰腺癌中高达60-80%，而在乳腺癌和前列腺癌中仅为20%。慢性炎症由肿瘤坏死因子-α(TNF-α)和白细胞介素-6(IL-6)等细胞因子驱动，是癌症恶病质发病机制的基础，导致肌肉和脂肪流失以及厌食症。尽管有一些治疗方法，但目前尚无有效的干预措施或批准的药物可以逆转癌症恶病质，营养支持成为缓解症状的主要手段。癌症恶病质患者的营养支持主要涉及能量和蛋白质密集的配方，特定营养素如ω-3脂肪酸、支链氨基酸(BCAAs)和β-羟基-β-甲基丁酸(HMB)以及具有抗氧化和抗炎作用的植物化合物也有一些益处。然而，传统疗法仍然有限，凸显了对精准营养策略的需求。
膳食纤维是一种不可消化的植物成分，通过调节微生物群与宿主的相互作用来降低疾病风险，并与癌症幸存者的较低死亡率相关，摄入量每增加一个单位，癌症特异性死亡率降低3.5%。它还能降低与癌症恶病质进展相关的炎症生物标志物，如白细胞(WBC)、中性粒细胞(NEU)和中性粒细胞-淋巴细胞比值(NLR)。然而，很少有基于人群的研究调查膳食纤维摄入量与癌症恶病质之间的关系。
本研究探讨膳食纤维摄入量与癌症恶病质之间的关联，并研究炎症生物标志物是否介导这种关系，旨在为饮食指导提供信息，并推进针对受影响人群的精准营养治疗。
2 材料与方法
2.1 研究设计与人群
参与者入选了多中心横断面研究“常见癌症患者膳食摄入及其影响因素调查”(DIIFC)，该研究于2019年3月至12月进行。经组织学确诊的恶性肿瘤患者符合入选条件。我们排除了年龄、身高、体重、饮食调查、肿瘤分期或炎症生物标志物数据缺失的患者，以及患有活动性感染的患者。活动性感染的排除标准是基于全面的临床评估。如果患者满足以下任一条件，则被认为患有活动性感染并被排除：存在明确的感染相关临床体征，或影像学检查结果提示活动性感染病灶，或确认存在致病微生物。河北医科大学第一医院伦理委员会批准了该研究。研究根据《赫尔辛基宣言》进行，需要所有参与者的书面知情同意。
2.2 膳食摄入评估
膳食摄入量由经过培训的研究营养师使用24小时膳食回顾法进行评估。在访谈期间，使用标准化食物模型、家用测量器具和食物图谱帮助参与者准确估计份量。使用第6版《中国食物成分表》计算能量、营养素和其他成分。在本研究中，我们提取了能量、蛋白质和膳食纤维的数据。以三天平均值作为每日摄入量的估计值。
2.3 炎症生物标志物测量
收集了外周血细胞计数数据。根据先前的研究，参与者的炎症生物标志物是白细胞计数、中性粒细胞计数和中性粒细胞-淋巴细胞比值(NLR)。淋巴细胞、中性粒细胞和血小板计数的单位为109cells/L。
2.4 癌症恶病质定义
根据2011年恶病质共识，恶病质的定义基于以下标准：体重减轻大于5%，或对于根据当前体重和身高体重指数(BMI) < 20 kg/m2或骨骼肌质量已显示消耗的个体，体重减轻大于2%。肌肉消耗的标准如下：男性四肢骨骼肌质量指数(ASMI) < 7.26 kg/m2，女性< 5.45 kg/m2。在本研究中，四肢骨骼肌质量(ASM)通过人体测量方程估算。ASMI通过将ASM除以身高的平方计算。
2.5 协变量
为了控制混杂因素，我们调整了年龄、性别、BMI、肿瘤类型、分期和治疗。因为厌食症是癌症恶病质的一个标志，会降低总能量摄入，所以我们也调整了能量。此外，添加了蛋白质摄入量，因为较高的摄入量可以对抗分解代谢并减轻肌肉损失。膳食蛋白质摄入量以克/天表示。
2.6 统计分析
使用SPSS 26.0和R软件进行统计分析。在检查正态性后比较基线特征。连续变量采用均值±标准差或中位数[四分位距]表示，分类变量采用n(%)表示；比较分别使用t检验、Mann-Whitney U检验或χ2检验。使用限制性立方样条探索膳食纤维摄入量与恶病质风险之间的非线性关联。进行多变量逻辑回归分析以检查膳食纤维摄入量和炎症生物标志物与癌症恶病质的关联，结果以比值比(OR)和95%置信区间(CI)表示。通过Spearman相关分析研究膳食纤维摄入量与炎症生物标志物之间的关系。敏感性分析排除了最高和最低5%的纤维摄入量。通过R中介包进行中介分析，使用bootstrap方法检验间接中介效应的显著性。
3 结果
3.1 参与者特征
共有720名癌症患者符合我们的最终分析条件。其中，198名参与者被诊断为癌症恶病质。总参与者的平均年龄为65.45±11.78岁，60%为男性。与非常癌症恶病质组相比，癌症恶病质患者的膳食纤维、总能量和蛋白质摄入量显著较低。此外，恶病质个体中肺癌、胃食管癌和晚期肿瘤分期的患病率更高，接受化疗的患者比例也更高。然而，恶病质组中被归类为超重或肥胖的个体较少。此外，与非常恶病质对照组相比，恶病质队列中炎症生物标志物水平显著升高。
3.2 膳食纤维摄入与癌症恶病质的关联
限制性立方样条分析显示，膳食纤维摄入量与癌症患者恶病质风险之间存在显著的非线性关联。随后的多变量逻辑回归分析显示，膳食纤维摄入量与恶病质风险呈显著负相关。基于膳食纤维摄入量的四分位数，我们观察到随着纤维摄入量的增加，恶病质风险呈下降趋势。摄入量最高四分位数(Q4)的患者患恶病质的风险比最低四分位数(Q1)的患者低66%。根据逻辑回归分析和限制性立方样条的结果，膳食纤维摄入量6.24克可能提示一个关键的风险阈值。
3.3 膳食纤维摄入与癌症恶病质关联的亚组分析
亚组分析显示，膳食纤维摄入的益处可能在年龄≥60岁、BMI为18.5~23.9 kg/m2、患有非消化系统癌症和患有晚期疾病的患者中更为明显。基于患者性别的亚组分析显示，膳食纤维摄入量与癌症恶病质风险之间的关联存在提示性差异。负相关在女性患者中仍然具有统计学意义，而在男性患者中减弱且无统计学意义。交互作用p值为0.088。此外，观察到肿瘤类型和治疗方法与膳食纤维摄入量之间存在显著的交互作用。
3.4 膳食纤维摄入与癌症恶病质关联的敏感性分析
敏感性分析显示，在排除最高和最低5%的膳食纤维摄入量后，膳食纤维摄入量仍与恶病质风险呈负相关。
3.5 炎症标志物的中介效应分析
逻辑回归模型显示，三种生物标志物与恶病质风险显著相关：白细胞、中性粒细胞和中性粒细胞-淋巴细胞比值。相关分析表明，膳食纤维摄入量与白细胞、中性粒细胞和中性粒细胞-淋巴细胞比值水平呈负相关。中介分析表明，所有三种炎症标志物均显著介导了膳食纤维摄入量与癌症恶病质之间的关联，白细胞、中性粒细胞和中性粒细胞-淋巴细胞比值分别介导了5.67%、7.62%和7.78%的关联。直接效应在这三种情况下也显著。
4 讨论
癌症恶病质是癌症患者死亡的主要原因，显著影响其生活质量和治疗结果。其病理生理学高度复杂，涉及炎症、代谢紊乱、能量失衡、神经内分泌和食欲失调以及肿瘤-宿主相互作用。这些因素是尽管进行了广泛研究但仍缺乏有效治疗方法的主要原因。炎症被广泛认为是恶病质的核心驱动因素。最近的研究表明，膳食纤维具有调节全身炎症反应的潜力。因此，我们的研究重点关注癌症患者膳食纤维摄入量与癌症恶病质之间的关系。我们发现恶病质患者的膳食纤维摄入量显著较低。膳食纤维摄入量的增加以非线性方式与恶病质风险降低相关。进一步分析显示，膳食纤维摄入量与炎症标志物呈负相关，这些标志物在膳食纤维摄入量与恶病质风险之间的关系中起着显著的中介作用。
膳食纤维是一种常量营养素，其对健康和疾病的影响日益得到认可。我们的研究发现，癌症患者的膳食纤维摄入量显著低于膳食指南中的推荐水平。事实上，中国健康与营养调查的数据显示，男性每日平均膳食纤维摄入量为19.4克，女性为17.6克，均低于25-30克的推荐摄入量。这表明普通人群，尤其是癌症幸存者的饮食结构可能需要调整，以增加谷物、块茎、蔬菜和水果的摄入量。已有报道称，膳食纤维摄入量与癌症患者的死亡率呈非线性负相关，这与我们关于膳食纤维摄入量与恶病质相关的发现一致。膳食纤维的保护作用具有“边际效益递减”的特点，这在生物学上是合理的。一方面，膳食纤维的运输、代谢或储存存在局限性。其有益作用可能由可发酵的肠道细菌介导，这些细菌可能会饱和。极高的膳食纤维摄入量可能会通过干扰营养吸收或引起胃肠道不适而削弱其益处。另一方面，其保护作用也受到人群差异、肿瘤类型和饮食模式等其他因素的限制。
有趣的是，我们的研究还观察到男性恶病质的比例高于女性，亚组分析显示膳食纤维与癌症恶病质之间的关联在女性中更为显著。这可能归因于炎症反应的性别差异和激素影响。例如，女性体内的雌激素可以减少与年龄相关的促炎细胞因子增加，对肌肉质量产生保护作用。此外，男性和女性肠道微生物群组成的差异也是重要的促成因素。女性肠道微生物群中更强的β-葡萄糖醛酸酶活性可以重新激活结合雌激素，促进M2巨噬细胞和调节性B细胞，从而增强抗炎能力。
与非常恶病质组相比，恶病质组年龄更大，肿瘤更晚期，总能量和蛋白质消耗更少。衰老过程可能通过促进全身性炎症和代谢紊乱来增加对恶病质的易感性。更晚期的肿瘤分期意味着更大的肿瘤负荷，这促进了促炎细胞因子的产生增加，最终驱动肌肉和脂肪组织的分解代谢。能量和蛋白质摄入减少、蛋白质分解加速和蛋白质合成受抑制促进了恶病质的发展。此外，胃肠道恶性肿瘤患者，尤其是胃癌和食管癌患者，恶病质的发病率更高，并且与膳食纤维存在交互作用，抵消了其保护作用。这可能是由于患者自身进食困难以及疾病引起的消化功能受损所致。
更重要的是，除了确定膳食纤维摄入量与恶病质之间的关联外，我们的研究通过中介分析提供了初步证据，表明膳食纤维可能通过减轻全身性炎症来部分降低恶病质风险。膳食纤维经肠道微生物群发酵后产生短链脂肪酸(SCFAs)，如乙酸盐、丙酸盐和丁酸盐，这些物质具有显著的抗炎作用，改善肠道屏障完整性，并调节肌肉代谢。具体而言，丁酸盐抑制组蛋白去乙酰化酶(HDACs)，从而阻断核因子-κB(NF-κB)的核转位，并降低包括肿瘤坏死因子-α和白细胞介素-6在内的促炎细胞因子的表达。此外，短链脂肪酸是结肠上皮细胞的主要能量底物，维持肠道屏障完整性并抑制细菌/内毒素易位。这种易位是全身性炎症的关键驱动因素。
白细胞、中性粒细胞和中性粒细胞-淋巴细胞比值是全身性炎症和生理应激的可靠指标。在我们的研究中，膳食纤维摄入量增加与这些炎症标志物呈负相关，这与既定研究的结果一致。具体而言，有报道称，膳食纤维摄入量每增加一个单位，白细胞减少0.01624单位，中性粒细胞减少0.01346单位，中性粒细胞-淋巴细胞比值减少0.00803单位。此外，多中心队列研究显示，恶病质癌症患者表现出明显升高的炎症生物标志物水平，这与总生存期(OS)呈负相关。值得注意的是，在调整关键混杂因素后，中性粒细胞-淋巴细胞比值>3.5是死亡率风险显著增加的独立预测因子。
在慢性炎症环境中，持续的免疫细胞分泌促炎细胞因子驱动肌肉分解代谢。肿瘤坏死因子-α通过抑制胰岛素信号通路和激活泛素-蛋白酶体系统(UPS)来促进蛋白水解降解。同时，白细胞介素-6主要通过信号转导和转录激活因子3(STAT3)信号转导诱导肌肉萎缩。因此，我们提出，增加膳食纤维摄入量对恶病质的保护作用可能通过涉及肠道微生物群调节、肠道屏障保护以及随后全身性炎症减轻的机制途径发挥作用。我们的中介分析为这种假设的生物级联反应提供了统计支持。
我们的研究有几个显著优势。首先，采用限制性立方样条，我们揭示了膳食纤维摄入量与恶病质风险之间存在显著的非线性负相关，表明存在关键摄入阈值。最重要的是，据我们所知，这是第一个通过正式中介分析统计证明增加膳食纤维摄入量对恶病质的保护作用是由全身性炎症减轻显著介导的临床研究。这一发现为“膳食纤维-炎症-恶病质”轴提供了关键证据。此外，观察到的负相关在经过严格调整关键混杂因素后仍然显著，突出了膳食纤维的独立作用。最后，将饮食评估与易于获得的临床炎症标志物相结合，增强了我们研究结果的转化潜力。
然而，有几个局限性值得考虑。我们研究的观察性性质无法就膳食纤维、炎症生物标志物和癌症恶病质之间的关系得出明确的因果推论。其次，饮食评估方法中固有的潜在测量误差可能导致纤维摄入量的错误分类，并减弱观察到的关联。第三，我们关注的是总膳食纤维摄入量，无法区分各种纤维类型或来源的潜在不同 effects。第四，缺乏纵向炎症数据和其他关键细胞因子限制了对炎症环境的更全面理解。最后，虽然中介分析提示了一条通路，但它依赖于在观察性研究中难以完全满足的强假设，并且无法完全排除未测量因素造成的残留混杂。研究结果应被视为探索性的，因为我们没有对多重比较进行调整，这增加了I类错误的风险。未来的研究应进行随机对照试验，以调查增加膳食纤维摄入量是否能有效预防或延迟恶病质的发生/进展。此外，研究应检查不同种类膳食纤维对恶病质的具体 effects，并进一步探索其潜在机制。
5 结论
我们的研究结果表明，增加膳食纤维摄入量可能对癌症恶病质产生保护作用。基于血细胞的炎症生物标志物是识别癌症恶病质的一种易于获取且经济有效的策略，并且也显著介导了膳食纤维摄入量与癌症恶病质之间的关联。这项研究为膳食纤维摄入量通过炎症途径介导与癌症恶病质的关联提供了初步证据。未来精心设计的研究应揭示特定纤维亚型的作用、肠道微生物群的影响，并阐明更多潜在机制。
