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心血管疾病（CVD）以其高死亡率长期居于全球健康威胁的前沿。根据世界卫生组织的数据，该类疾病每年夺走了约1800万生命，占全球死亡总数的逾30%。在我国，心血管疾病同样是最致命的健康杀手。在探索预防和治疗策略的过程中，微量营养素的研究引起了学术界的广泛关注。维生素B3，亦称烟酸，是一种关键的水溶性维生素，它在维持人体健康方面发挥多重至关重要的作用。然而，尽管维生素B3被确认为一种人体必须摄取的营养素，其在心血管疾病中的具体作用和潜力仍然是一个待解之谜。 2024年2月19日，美国克利夫兰诊所的研究人员在 Nature Medicine 期刊上发表了一篇题为' A terminal metabolite of niacin promotes vascular inflammation and contributes to cardiovascular disease risk '的研究论文。该研究发现，过量的维生素B3或增加心血管疾病风险，较高的维生素B3代谢产物4PY与心脏病发作、中风和其他不良心脏事件的发生密切相关。在临床前研究中表明，4PY会直接引发血管炎症，从而损害血管，并随着时间的推移导致动脉粥样硬化。心血管疾病（CVD）是全球死亡率和致残率的主导原因。尽管在预防心血管疾病方面取得了重大进步，但即使是接受所有指南推荐干预措施的个体，依然存在显著的剩余CVD风险。烟酸（维生素B3或烟碱酸）是人体必需的微量营养素，被广泛添加于多种食品中，其所有作用尚不完全清晰，特别是与CVD的关联。这项研究首次揭示了烟酸代谢终末产物与心血管疾病之间的联系。通过分析不同队列的心脏病患者血液样本，本研究揭示了烟酸代谢终末产物N1-甲基-2-吡啶酮-5-羧酰胺（2PY）和N1-甲基-4-吡啶酮-3-羧酰胺（4PY）与心血管重大不良事件（MACE）风险的增加相关联。此外，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。进一步的策略性实验研究表明，4PY但非2PY能在小鼠中诱导VCAM-1表达和白细胞粘附至血管内皮。这些结果表明，烟酸的过量代谢产物2PY和4PY与剩余CVD风险相关。研究支持了烟酸在心血管预防中复杂作用的理论，并对烟酸和NAD补充剂的潜在风险提出了关注。此外，提出了对食物和谷物强制添加烟酸安全性的评估问题。文章呼吁对烟酸/NAD补充剂进行更细致的评估来确保其预期的健康收益，而不是引起剩余的CVD风险。研究运用了非靶向代谢组学方法，涉及多个队列（包括美国和欧洲患者）进行前瞻性研究。再通过化学合成得到代谢物的标准品，利用LC-MS/MS技术对2PY和4PY进行定量分析。应用基因组关联研究和组学技术，分析这些代谢产物的遗传决定因素，并利用小鼠模型对基因缺陷效应进行功能性验证。图1：烟酸是超出饮食需求在食品中强化的重要微量营养素。
a) NAD是一种必要的辅酶，可通过回收或新生途径，或由烟酸合成。过量的烟酸或NAD被代谢成2PY和4PY。ACMSD酶通过将色氨酸引向能量代谢来调控新生NAD合成。b) 历史上，美国成人每人每日烟酸当量估计值如图所示（以黑色表示）。红色显示了历史上的佝偻病死亡率。图中还显示了National Academy of Sciences推荐的成年男性和女性的烟酸摄入量以及被定义为几乎对所有人没有皮肤潮红风险的可容忍最高摄入量。图2：识别与MACE相关的烟酸终末代谢产物2PY和4PY。
a)和b) Kaplan–Meier估计值和双侧对数秩检验（P=5.0×10^-5）显示了发现队列（n=1,162）中，按血浆分析物m/z=153.0656 Da的四分位数排名后，用于MACE的HR。Cox模型未经调整（以开放的黑色圆圈表示）；经过传统心血管风险因素调整后（以开放的红色圆圈表示），包括年龄、性别、收缩压、LDL胆固醇、HDL胆固醇、甘油三酯和糖尿病状态，以及hsCRP、当前吸烟状态、酒精使用和教育水平。符号代表HR，误差棒代表95%置信区间。c) 血清中m/z=153.0656 Da的代谢物的正离子模式CID图谱与合成的2PY（中）和4PY（下）的CID图谱对比。图中用红色显示的是2PY的特征分子片段；用蓝色显示的是4PY的特征分子片段。d) 血清分析物m/z=153 Da的色谱图与合成的2PY和4PY的比较，以及稳定同位素标记的d3-2PY和d3-4PY。图中用黑色表示同时选择2PY和4PY的亲属-子代转变（153→108 Da）；用红色表示选择2PY的亲属-子代转变（153→110 Da）或d3-2PY（156→113 Da）；用蓝色表示选择4PY（153→136 Da）或d3-4PY（156→139 Da）的亲属-子代转变。为每种分析物监测了三个亲属-子代离子转变，所有转变的色谱图如扩展数据图4所示。使用上面显示的HPLC方法为2PY和4PY分别获取了不同的CID谱图（扩展数据图5）。 图3：烟酸代谢物2PY和4PY与两个独立临床队列中增加的前瞻性MACE风险相关。
a)至d) Kaplan–Meier估计显示了美国验证队列（n=2,331）和欧洲验证队列（n=832）血清2PY和4PY水平分布的四个四分位数上的3年内MACE风险。使用双侧对数秩检验确定P值(对于欧洲验证队列，分别为2.0×10^-12和1.9×10^-13，对于2PY和4PY)。e)至h) 图示显示了美国（e,f）和欧洲（g,h）验证队列中血清2PY和4PY水平分布四分位数上MACE风险的Cox比例风险模型森林图。使用传统心血管风险因素进行调整，与图未调整模型（以开放的黑色圆圈表示）相比（以开放的红色圆圈表示），包括年龄、性别、收缩压、LDL胆固醇、HDL胆固醇、甘油三酯和糖尿病状态，hsCRP、当前吸烟状态和酒精使用。美国验证队列还额外调整了教育水平。符号代表HR，误差棒代表95%置信区间。 图4：NAD合成基因ACMSD与4PY水平和血管炎症相关。
a) GWAS元分析结果的迈阿密图分别展示了2PY（顶部）和4PY（底部）水平的关联。红色和蓝色水平线分别表示基因组显著性（P=5.0×10^-8）和建议性（P=5.0×10^-6）关联的阈值。b)和c) 展示了染色体2上与2PY（b）和4PY（c）水平相关的变异位点的P值。红色阴影表示2PY的主导变异（rs10496731，以蓝色表示，P=1.6×10^-41）和4PY（rs6430553，P=3.6×10^-12）与位点上的其他变异的连锁不平衡度。使用METAL实现的双侧z分数基于类型样本量加权的元分析确定P值。没有对多重检验进行调整。红色水平线表示基因组显著性证据的阈值（P=5.0×10^-8）。在补充图3中显示了美国验证队列所有变异位点与2PY和4PY水平相关的P值。d) 加权t检验确定GTEx项目提供的rs10496731基因型（n=208）与ACMSD转录异构体之比（功能性:非功能性）之间相关的相对表达数据。使用线性回归分析假设加性模型并调整性别、前五个基因分型主成分、测序平台、测序协议和15个PEER因子确定的来自GTEx的P值。来自GTEx的单个P值未经多重检验调整。中线表示中位数；铰链表示四分位数范围；胡须表示最小值和最大值。e) 给小鼠转导AAV表达的肝脏Acmsd转录物的折叠变化，这些AAV表达无针对性shRNA（对照组）或针对Acmsd mRNA转录本的shRNA（敲减）。f) 通过western blotting定量小鼠肝脏中ACMSD蛋白，展示了对照组和敲减组小鼠的褶皱变化。g) 对照组和敲减组小鼠血清中2PY（左）和4PY（右）水平。条形图上的误差棒显示平均值±1标准误。通过双侧Wilcoxon检验确定P值。 图5：烟酸代谢物4PY增强VCAM-1表达和活体内白细胞粘附。
a)和b) 以美国验证队列（n=974）中血清2PY（a）和4PY（b）水平的四分位数为基础的患者血清sVCAM-1水平。中线表示中位数；铰链表示四分位数范围；胡须表示第5和第95百分位数。通过双侧趋势测试确定P值（2PY的P=8.0×10^-5，4PY的P=4.0×10^-5）和克鲁斯卡尔-沃利斯（KW）检验（2PY的P=2.5×10^-5，4PY的P=4.8×10^-9）。c)和d) 分别通过RT定量PCR（c）和western blotting（d）确定两个独立实验后VCAM1转录物和VCAM-1蛋白的折叠变化，这些实验分别暴露于2PY、4PY、车载对照和LPS作为阳性对照。条形图上的误差棒显示平均值±1标准误。通过KW检验和Dunn检验确定P值。补充图4显示了western blot图像。e) 2PY、4PY或车辆对照处理后小鼠主动脉对VCAM-1和阳性内皮标记（PECAM）的免疫组化染色。显示了代表性的显微镜图像。尺标长度50μm。f) 使用像素评分法定量内皮VCAM-1蛋白，并显示三个高倍视野平均像素值H得分。使用单因素方差分析和学生t检验确定P值。g) 对2PY、4PY或车辆对照进行治疗后小鼠耳廓静脉的活体显微镜观察。显示了代表性显微镜图像。尺标长度50μm。h) 使用活体显微镜观察确定的粘附白细胞数量。显示了每只动物三个静脉的平均数。展示了2PY和4PY的干预末血清浓度的平均值±标准误，并用粗体文字表示与对照动物不同的2PY和4PY处理小鼠的浓度。对于箱线图，中心线代表中位数；上游铰链和下游铰链代表四分位数范围；胡须代表在下铰链或上铰链的四分位数范围内1.5倍长的最小值或最大值。通过克鲁斯卡尔-沃利斯（Kruskal-Wallis）检验和Dunn检验确定P值。*，低于检测下限（LOD）的样品被分配值为LOD的一半。ctl，对照。 图6：烟酸代谢物2PY和4PY与增加的VCAM-1表达和剩余心血管事件风险相关。
通过赎回途径，食用烟酸，这是在食品中强化的，有助于NAD池，这是NAD池的主要贡献者。在de novo途径中，色氨酸-NAD转换受到ACMSD酶的调节，该酶将色氨酸转向TCA（三羧酸）循环。编码ACMSD的基因包含与2PY、4PY和sVCAM-1水平相关的遗传变异。过量NAD被代谢成2PY和4PY，4PY诱导VCAM-1的mRNA和蛋白表达以及白细胞粘附于血管壁。VCAM-1还与血液循环中的2PY和4PY水平遗传相关并相关。2PY、4PY和VCAM-1的升高水平都与增加的前瞻性MACE风险相关（MI，中风和死亡）。
该研究表明，烟酸代谢的最终代谢产物2PY和4PY与剩余CVD风险相关，并揭示了与4PY和MACE风险相关的一种炎症依赖机制。4PY增加sVCAM-1水平和激活血管炎症，加剧CVD风险，这一发现对于烟酸补充剂的使用和食品强化政策具有重要的临床和公共健康影响。这项研究揭示了额外的烟酸导致的NAD（烟酰胺腺嘌呤二核苷酸）池过剩可能是未被认识到的CVD风险因素，特别是长期食用富含烟酸的加工食品和快餐可能导致2PY和4PY水平上升，进而增加MACE的风险。研究提示存在一个炎症依赖的机制来解释4PY和MACE之间的临床联系，这为“烟酸悖论”提供了潜在解释，即烟酸能降低LDL胆固醇而非CVD事件风险。研究结果对未来烟酸补充剂的安全性、必要性和补给策略提出了疑问，特别是在西方饮食中，烟酸已经被广泛添加在基本食品中的情况下。
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