Nature Medicine：烟酸的最终代谢物促进血管炎症并增加心血管疾病风险

2024年2月，美国克利夫兰医学中心的研究人员在《Nature Medicine》(IF: 82.9) 期刊上发表了题为" A terminal metabolite of niacin promotes vascular inflammation and contributes to cardiovascular disease risk "的研究论文。揭示了烟酸的最终代谢物N1-甲基-4-吡啶酮-3-甲酰胺(4PY)与心血管疾病(CVD)残余风险的关系，为4PY和主要心血管不良事件(MACE)之间临床关联背后的炎性依赖性机制提供了新的见解。

亮点概述：

烟酸代谢的最终代谢物N1-甲基-2-吡啶酮-5-甲酰胺(2PY)和N1-甲基-4-吡啶酮-3-甲酰胺(4PY)的循环水平与心血管疾病(CVD)的残余风险有关。
烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD)合成基因氨基羧基粘康酸半醛脱羧酶(ACMSD)与4PY水平和血管炎症相关。
可溶性血管黏附分子-1(sVCAM-1)增加是2PY和4PY水平与主要心血管不良事件(MACE)风险增加关联的潜在生物学机制。

研究背景：

心血管疾病(CVD)是全球范围内发病率和死亡率的主要影响因素，但只有一部分可归因于已确定的危险因素。尽管在治疗方面取得了实质性进展，但CVD的残余风险仍然很高，这表明CVD还涉及其他尚未被认识的因素。此外，有研究表明，炎症标志物升高的个体已被注意到CVD残余的风险增加。

烟酸，也被称为维生素B3或烟碱酸，是一种必需的微量营养素，对烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD)的合成很重要。过量的烟酸或NAD被代谢为N1-甲基-2-吡啶酮-5-甲酰胺(2PY)和N1-甲基-4-吡啶酮-3-甲酰胺(4PY)。氨基羧基粘康酸半醛脱羧酶(ACMSD)可通过将色氨酸转向能量代谢来调节NAD的从头合成。最近的临床试验表明，虽然烟酸可以降低低密度脂蛋白(LDL)胆固醇(同时提高高密度脂蛋白(HDL)胆固醇和降低甘油三酯)，但在联合高效他汀类药物治疗的情况下，烟酸不仅未能降低CVD的风险，而且在最近试验的荟萃分析中，甚至提高了总体死亡率。因此，人们已经认识到烟酸对CVD事件具有更为复杂的影响(所谓的“烟酸悖论”，即烟酸降低LDL胆固醇，但不降低心血管疾病事件的风险)，可能通过独立于胆固醇的机制。

研究人员在接受选择性心脏诊断评估的稳定参与者的前瞻性发现队列(n=1162)中进行非靶向代谢组学研究，以鉴定与MACE相关的候选代谢物，这些代谢物独立于传统的CVD危险因素，可能导致CVD残余风险。结果显示，一种血清分析物(m/z = 153.0656 Da)与前瞻性残余MACE风险相关。基于网络模块的通路分析表明，该血清分析物是结构异构体2PY和4PY的混合物。然后，研究人员再通过化学合成得到代谢物的标准品，采用稳定同位素稀释-液相色谱-串联质谱法(LC–MS/MS)分别对2PY和4PY定量分析。

与MACE相关的代谢物2PY和4PY的鉴定

研究人员随后在两个不同的验证队列(n=2331; n= 832)中，测试2PY和4PY的循环水平是否与MACE风险相关。每个验证队列中的Kaplan-Meier分析显示，2PY或4PY循环水平较高的个体有更高的MACE风险；在Cox比例风险回归分析中，在对已确定的CVD风险因素进行调整后，2PY或4PY水平升高与最高和最低四分位数上的MACE风险增加相关。这表明烟酸的最终代谢物2PY和4PY的循环水平与CVD残余风险有关。

在两个独立的临床队列中，烟酸代谢物2PY和4PY与前瞻性MACE风险增加相关

接着，研究者使用全基因组关联研究(GWAS)方法结合荟萃分析检测了循环2PY和4PY的遗传决定因素。2PY和4PY的水平与2号染色体上的同一位点相关。2PY (rs10496731)和4PY (rs6430553)的主要变异都位于ACMSD基因内，并且彼此之间处于近乎完美的连锁不平衡(LD)状态。这两个变异与2PY和4PY水平的关联代表相同的遗传信号，因此研究人员将随后的分析集中在rs10496731上。

为了直接验证ACMSD调控2PY和4PY水平的假设，向小鼠注射靶向Ascmsd的shRNA或干扰对照shRNA(由肝脏靶向腺相关病毒(AAV)作为载体)来敲低Ascmsd的表达。注射后四周，接受Acmsd shRNA AAV的小鼠肝脏中的Acmsd mRNA和蛋白质水平与接受表达干扰shRNA的AAV的小鼠相比分别显著降低41%和37%。在注射AcmsdshRNA AAV的小鼠中，2PY和4PY的血清水平也分别增加了3.6倍和49%。总之，这些数据在功能上验证了ACMSD在小鼠和人类的2PY和4PY代谢中发挥的作用。

NAD合成基因ACMSD与4PY水平和血管炎症相关

为确定2PY和4PY水平与MACE风险增加相关的生物学机制，研究人员使用了全表型组关联分析(PheWAS)方法进行分析。发现与这两种代谢产物水平显著相关联的基因变异rs10496731，与可溶性血管粘附分子1(sVCAM-1)水平有关。对rs10496731和sVCAM-1水平进行了荟萃分析，进一步证实了rs10496731与循环sVCAM-1水平的显著相关性，并提示2PY和/或4PY可能通过这种已知的血管炎症CVD生物标志物与MACE风险相关。

最后，研究人员进行了一系列的体外和体内功能实验，以探讨2PY或4PY在生理水平上是否会诱导内皮细胞上VCAM-1的表达。体内外结果均表明4PY，而不是2PY，能诱导VCAM-1表达和白细胞粘附至血管内皮。