摘要
研究目的
血清硒水平与心力衰竭风险的关系尚不明确。本研究旨在探讨血清硒水平与心力衰竭风险之间的潜在非线性关联，并分析肝脂肪变性和血脂异常是否介导该关系。
研究方法
分析2017-2020年美国国家健康与营养检查调查（NHANES）队列中的6969名成年人数据。采用逻辑回归、限制性立方样条（RCS）和随机森林模型评估血清硒水平与心力衰竭风险的关系。通过中介分析评估肝脂肪变性和血脂参数的间接效应，并使用孟德尔随机化（MR）推断因果关系。
研究结果
发现血清硒水平与心力衰竭风险呈U型关联（非线性P=0.003），最低风险出现在150-160 µg/L区间。过低或过高的硒水平均与心力衰竭风险增加相关。肝脂肪变性和血脂标志物部分介导该关联。孟德尔随机化分析提示遗传预测的血清硒水平对心力衰竭风险具有潜在因果效应。
研究结论
这些发现揭示了硒暴露与心力衰竭之间的非线性关系，并提示可能的代谢通路参与其中。但临床推荐仍需进一步研究验证。
引言
硒（Se）是一种具有抗氧化、免疫调节和抗炎特性的微量元素，通过多种硒蛋白活性在维持人类健康中发挥关键作用。硒缺乏和过量均与包括心血管疾病在内的多种疾病相关。尽管既往研究将低硒水平与心肌病和心肌功能损伤相关联，但硒与普通人群心力衰竭（HF）风险的关系仍有争议。部分研究提示硒具有保护作用，而其他研究则报告较高水平可能呈现中性或有害关联。
心力衰竭作为全球日益增长的健康负担，与包括胰岛素抵抗、肝脂肪变性和血脂异常在内的代谢功能障碍密切相关。新兴证据表明，硒状态可能影响肝脏脂质积累和肝功能，从而通过代谢通路影响心血管健康。然而，肝脂肪变性和血脂异常在硒-HF关联中的潜在中介作用尚未明确阐明。
此外，多数现有研究依赖线性模型或基础亚组分析，可能无法充分捕捉复杂的非线性关系。机器学习方法和非线性回归技术（如限制性立方样条）提供更精确探索这些关联的高级方法。孟德尔随机化可减少混杂因素和反向因果关系的影响，从而加强因果推断。
本研究目标包括：(a) 使用美国全国代表性样本调查血清硒水平与HF风险的潜在非线性关系；(b) 评估肝脂肪变性和血脂异常是否介导该关联；(c) 通过MR分析验证潜在因果关系。研究结果可能为硒的代谢作用及其预防HF的最佳范围提供新见解。
材料与方法
研究人群
国家健康与营养检查调查（NHANES）旨在通过全国代表性样本评估美国平民健康和营养状况。该调查方案获得美国国家健康统计中心（NCHS）机构审查委员会批准。所有参与者均签署知情同意书，并去除可识别信息以确保隐私。本研究遵循1975年赫尔辛基宣言（2024年修订）。研究遵循加强流行病学观察性研究报告指南（STROBE）。
从2017-2020年NHANES数据库中识别出15,560名参与者后，排除6328名<20岁个体和87名孕妇，剩余9145名成年人。进一步排除1223名肝脂肪变性数据缺失和953名血清或膳食硒数据不全者，最终纳入6969名参与者（补充图1）。
变量测量
心力衰竭通过参与者病史问卷确定："是否有医生诊断您患有充血性心力衰竭？"肯定回答视为充血性HF。肝脂肪变性使用受控衰减参数阈值≥248 dB/m识别。慢性肾病（CKD）分期根据改善全球肾脏病预后组织（KDIGO）指南分类。硒测量详情及肝脂肪变性、CKD定义详见补充材料。
协变量
研究考虑年龄、性别、种族、家庭收入（贫困收入比：P<1.3为低收入，≥1.3为高收入）、婚姻状况、教育水平、吸烟状态、饮酒、体力活动、体重指数（BMI）、腰围、糖尿病、高血压、甘油三酯和糖化血红蛋白（HbA1c）等协变量。所有标准血液和生化检查均按NHANES实验室/医学技术员程序手册操作。
统计分析
调查加权回归和中介分析
遵循NHANES分析协议应用样本权重、分层和初级抽样单位。连续变量以均值±标准差表示，分类变量以百分比表示。参与者按血清硒四分位数分组。采用多变量逻辑回归模型（模型1调整年龄、性别、种族；模型2进一步调整BMI、饮酒、吸烟、糖尿病用药、总胆固醇和血压；模型3加入HbA1c和腰围）分析血清硒、肝脂肪变性与HF风险关系。检测各协变量间不存在多重共线性（补充表1）。
采用R JOMO程序包进行多重插补处理缺失协变量数据。应用R MEDIATION程序包进行中介分析，计算直接效应（DE）、间接效应（IE）和总效应（TE），并计算中介效应比例（IE/TE）。交互作用通过检验血清硒与分层变量乘积项P值评估。
进行多项敏感性分析：排除极端值（n=26）、添加膳食硒变量、调整白蛋白水平，并进一步调整教育水平、经济状态和体力活动。
非线性建模与机器学习
数据按8:2分为训练集和测试集。训练随机森林模型捕捉血清硒与HF风险的非线性关系，并应用下采样策略增强模型稳定性。模型性能通过ROC曲线下面积（AUC）评估，与传统逻辑回归模型对比。部分依赖图（PDP）用于直观展示硒对HF预测的边际效应。
介质MR分析
采用两样本MR分析评估硒对HF的潜在因果效应。遗传工具（SNP）来自欧洲人群大规模全基因组关联研究，选择P<5×10−8的SNP，并确保独立性（r²<0.001）。计算各SNP的F统计量（F≥10），使用逆方差加权法作为主要MR估计器，通过MR-Egger、加权中位数和MR-PRESSO方法进行敏感性分析。
结果
基线数据
6969名参与者平均年龄48.16岁，男性占49.0%。中位血清硒水平183.70 µg/L（四分位间距168.70–200.46）。较高硒水平与男性、未婚、教育水平较高、收入较低、膳食硒摄入量较高和肝脂肪变性发生率增加相关（所有P≤0.05）。高密度脂蛋白胆固醇随硒水平升高而下降，而低密度脂蛋白胆固醇、甘油三酯和总胆固醇水平升高。
血清硒与HF风险的关联
加权逻辑回归模型显示硒水平与HF呈逆向关联。调整混杂因素后，血清硒四分位数的比值比（ORs）和95%置信区间（CI）分别为：四分位数1（参考）；四分位数2：OR=0.58（95% CI: 0.29–1.14）；四分位数3：OR=0.45（95% CI: 0.21–0.97）；四分位数4：OR=0.42（95% CI: 0.15–1.20）（趋势P=0.041）。对数转换后的硒与HF无统计学显著关联（OR=0.13，P=0.23），但趋势显示保护作用。
亚组分析
跨年龄、种族/民族、BMI、HbA1c、吸烟状态和饮酒亚组分析均未观察到显著交互作用（所有交互P>0.05）。硒水平与HF风险的逆向关联在各亚组中保持一致。
非线性检测
RCS回归显示硒水平与HF风险存在显著U型关联（非线性P=0.003）。如图1(a)所示，中等硒水平（约150–160 µg/L）时HF风险最低，过低（<120 µg/L）和过高（>170 µg/L）硒水平均与HF风险增加相关。硒水平与肝脂肪变性的关联也呈现类似非线性模式（图1(b)），支持其在硒-HF通路中的中介作用。
随机森林模型（AUC=0.970）在区分能力上显著优于传统逻辑回归模型（AUC=0.827），证实机器学习方法在捕捉非线性交互和复杂特征关系中的优越性。
中介分析
并行中介模型显示肝脂肪变性解释8.5%（3.5%–17.5%）的硒-HF关系（P<0.05）。当纳入纤维化和CKD时，肝脂肪变性解释14.2%（7.3%–25.9%）的中介效应。硒水平显示对CKD和HF具有保护作用。
孟德尔随机化中介分析
基于硒遗传工具的两样本MR确认其对HF的保护作用（OR=1.054；95% CI: 1.028–1.081；P=3.75×10−5）。MR-Egger显示无多效性（P>0.05），Cochran's Q检验未发现异质性（P=0.34）。留一分析证实结果稳健性，支持硒在HF预防中的因果作用。
讨论
本研究首次通过多种方法综合分析血清硒水平与HF风险的关系。RCS回归显示显著U型关联，提示过低和过量硒均可能增加HF风险，最佳保护范围为150–160 µg/L。随机森林模型虽未直接显示剂量反应形状，但证实血清硒是HF风险的顶级预测因子，其部分依赖图与样条分析结果一致。中介分析显示肝脂肪变性和血脂异常部分介导该关联，支持HF发病中的心-肝-代谢轴。两样本MR分析提供遗传预测血清硒水平与HF风险因果关联的证据。
这些发现与既往显示硒剂量依赖性保护和有害效应的研究一致。硒缺乏长期与心肌病和心肌收缩力受损相关，特别是克山病背景。相反，过量硒摄入可能诱导氧化应激并损害代谢功能，导致不良心血管结局。这种双重性可能解释本研究观察到的U型模式，凸显心血管健康的狭窄治疗窗口。
肝脂肪变性在硒-HF关联中的中介作用值得关注。硒通过硒蛋白调节肝脂代谢，影响氧化平衡、炎症和胰岛素敏感性。研究表明硒可调节关键转录因子如SREBP-1c和PPARγ的表达，浓度依赖性促进或抑制脂肪生成。中介分析显示肝脂肪变性解释显著比例的间接效应，提示肝脂肪积累可能作为硒暴露与心脏功能障碍之间的代谢通路。甘油三酯和低密度脂蛋白胆固醇的参与进一步强调系统性脂质紊乱的贡献。
机器学习模型的应用，特别是随机森林，增强了研究结果的稳健性。这些模型确认硒水平是HF的顶级预测因子，并再现传统回归模型观察到的非线性关联。随机森林（AUC=0.970）优于逻辑回归（AUC=0.827），提示其在临床风险分层和变量优先级排序中的潜在应用价值。
本研究利用MR分析加强因果推断。使用遗传变异作为工具变量，观察到遗传预测的硒水平与HF风险显著关联，独立于混杂因素和反向因果关系。这些结果提供支持硒在HF发病中作用的互补遗传证据。尽管MR分析通过减少混杂因素和反向因果关系支持硒水平与HF风险的潜在因果关联，但其线性建模框架限制了对横断面分析中观察到的U型关联的确认。未来非线性MR方法或分层遗传分析可能提供更精确的理解。
亚组分析确认了不同性别、年龄、种族/民族、BMI、HbA1c、吸烟状态和饮酒亚组中硒-HF逆向关联的稳健性。未观察到显著交互作用，提示该非线性关联在不同人口统计学和代谢特征中保持一致。这些发现支持结果的普遍性和硒潜在的心脏代谢相关性。
然而，存在若干局限性值得考虑。首先，横断面设计限制时间推断，尽管MR分析部分解决因果问题。其次，HF自我报告可能导致误分类。第三，硒测量基于总血清水平未评估硒蛋白亚型。最后，残余混杂因素不能完全排除。
本研究揭示美国普通成年人群中血清硒水平与HF风险呈U型关联，部分由肝脂肪变性和血脂异常介导。这些发现强调维持最佳硒状态的重要性，并提示硒暴露与心血管健康的潜在代谢关联。需要进一步前瞻性研究验证这些发现并优化硒摄入建议。
结论
本研究识别出血清硒水平与HF风险呈U型关联，过高或过低硒水平均与HF风险增加相关。肝脂肪变性和血脂异常部分介导该关联，凸显HF发病中心-肝-代谢轴的潜在作用。这些发现强调代谢共病个体精准硒管理的重要性。然而，观察到的非线性模式需纵向和干预研究验证后方可进行临床推荐。
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