Multimodal phenotyping reveals plant-food-related dietary information in serum Raman spectra of community-dwelling Japanese adults

数十年にわたり、医師や科学者たちは、何を食べるかが長期的な健康を形作ることを理解してきました。野菜、果物、全粒穀物を豊富に含む食事が心臓疾患や糖尿病のリスクを下げ、一方で加工肉や砂糖入りの飲料を多く含む食事がその逆の結果をもたらすことは周知の事実です。これを測定するために、研究者たちはしばしば、健康的な食品を何サービング食べたか対不健康なものを何サービング食べたかを集計するスコアリング・システムを使用します。これらのスコアは、個人の全体的な食事の質を表す一つの数値を与えます。しかし、一つの数値だけでは全体像を語ることはできません。二人の人が全く同じスコアを持っていたとしても、それは全く異なる食品の組み合わせによって達成されている可能性があるからです。さらに、たとえ同じ食品を食べていたとしても、体の反応は人それぞれ異なります。ある人の血糖値は食後に急上昇する一方で、別の人の血糖値は安定したままということもあります。現代科学における大きな問いは、こうした身体における微細で個別の違いをどのように捉えるかということです。私たちは、食事が血液に痕跡を残すことは知っていますが、その痕跡が具体的にどこに現れ、どのように読み解くべきかについては、まだ学習の過程にあります。

日本の研究チームは最近、地域住民の成人約400人の血液を調べることで、このパズルに取り組んだ。彼らは、これらの人々が習慣的に食べているものの特定の痕跡が、血液サンプルの中に隠されているかどうかを確認したいと考えました。研究チームは、参加者が長期間にわたって摂取した食事の詳細な記録を収集し、その後、新鮮な血液サンプルを採取して3種類の異なるテストを実施しました。第一に、医師がコレステロールや糖レベルなどのチェックに日常的に使用する標準的な血液検査を行いました。第二に、消化や代謝の結果として血液中に浮遊している微小な分子の、詳細な化学地図であるセラム・メタボローム（血清メタボローム）を分析しました。第三に、ラマン分光法と呼ばれる技術を用いました。この手法は、血液血清に特定の種類の光を照射し、その光が分子にどのように跳ね返ってくるかを測定するものです。これは分子の「指紋」のように機能し、染料やラベルを添加することなく、サンプルの化学組成を明らかにします。

研究者たちはまず、食事の質スコアに基づいて参加者をグループ分けすることから始めました。その結果、より健康的な食習慣を示す高いスコアを持つ人々は、一般的に過去数年間にわたって良好な健康歴を持っていることが分かりました。これらの個人は、入院回数が少なく、血圧や腎機能といった標準的な健康チェックにおいても優れた数値を示していました。しかし、研究チームが血液検査や化学地図からの複雑な生物学的データに注目したとき、グループが明確で際立ったクラスター（集団）として分離している様子は見られませんでした。言い換えれば、健康的な食事は、不健康な食事とは全く異なる、単一の明白な「健康な」生物学的状態を作り出すわけではなかったのです。良い食事をとっている人と質の低い食事をとっている人の体は、全体として見たときには驚くほど似通っており、これは食事が単に体をあるモードへと切り替えるようなものではないことを示唆しています。

しかし、研究者が全体的なスコアではなく、特定の食品に焦点を当てると、物語は変わりました。彼らは、より精密な問いを立てました。「コーヒーや特定の野菜のような特定の食品を、どれくらい食べたのかを、血液データを見るだけで予測できるだろうか？」と。彼らは、標準的な血液検査や化学地図がこれの一部を予測できることを発見しましたが、ラマン分光法がパズルの極めて重要なピースを加えたことが分かりました。コーヒーや特定の植物由来の栄養素を含む多くの具体的な食事変数において、血液の光散乱パターンは、他のテストでは見落とされていた追加の情報を提供しました。これは、オレンジ色や黄色の野菜に含まれる栄養素であるベータカロテンにおいて特に明確でした。ベータカロテンに関連するラマンのパターンは、カロテノイドに特徴的な分子の振動に直接結びつけることができました。これにより、光が実際に血液中の植物由来化合物としての物理的な存在を捉えていることが確認されました。

この発見をさらに重要なものにしたのは、ベータカロテンの信号が孤立した事象ではなかったことです。ベータカロテンを示すものと同じ光のパターンは、より広範な健康的な植物由来食品のグループとも一致していました。研究者がこれらの信号の方向性をマッピングしたところ、野菜、果物、豆類、そして全体的な食事の質スコアはすべて同じ方向を指していました。逆に、加工肉や砂糖入りの飲料のような、あまり健康的ではない品目の信号は、反対の方向を指していました。このことは、体が血液の中に単一の「食事スコア」を蓄積しているのではないことを示唆しています。むしろ、食物の影響は、異なる生物学的な層に分散して存在しているのです。食事の側面の中には、標準的な血液検査に見えるものもあれば、化学地図に見えるものもあり、また、光が血液と相互作用する方法によってのみ捉えられるものもあります。

本研究は、私たちの習慣的な食事は、体内において単一のスイッチのような状態で表現されるのではなく、さまざまな種類の測定方法にわたって、追跡可能な次元の連なりとして生物学の中に織り込まれていると結論付けています。単純な食事スコアでは人々を二つの明確な生物学的グループに分けることはできないかもしれませんが、私たちが何を食べているかという具体的な詳細は、適切な道具を持って探せば、そこに見つけられる形で存在しています。標準的な医学的検査と高度な光学的スキャンを組み合わせることで、科学者は、単なるスコアを超えて、私たちが食べた食事の具体的な、追跡可能な足跡を理解し、食事が私たちの生物学をどのように形作っているのかという、より完全な全体像を見ることができるようになったのです。