封面故事
供應鏈中的氮
人類導致的氮排放中有三分之一是由畜牧業通過在土地上施用化肥和糞肥，以及通過運輸飼料、食物和糞便等富含氮的產品引起的。對畜牧供應鏈（包括國際貿易）中的氮使用情況進行分門別類的全球評估顯示了農產品中暗藏著氮的排放，並揭示了在哪些環節對氮的可持續性進行幹預最為有效。
News & Views| Metabolic cross-talk between diet and health
飲食與健康之間的新陳代謝交叉對話
代謝組學可以識別飲食生物標誌物並描述飲食的代謝後果。一項設計穩健的研究確定了一組穩定的尿液代謝物，這些代謝物與健康的和不健康的飲食模式、代謝網絡和獨特的尿液代謝特徵相關。
尿液代謝組圖譜包含來自飲食和內源性代謝的信號，可用於了解營養素和健康結果之間的功能關係。Posma及其同事 在Nature Food上發表的研究描述了尿液"營養組"及其功能，並強調代謝組學是人營養研究中的一個有力的分析工具。
代謝表型是遺傳和環境相互作用的產物。雖然縱向的雙胞胎研究量化了代謝表型的遺傳性，但它們也表明，飲食是環境的一個方面，它塑造了個體的代謝表型，並使該表型隨時間保持穩定。在營養研究中，代謝組學可用於確定飲食性生物標誌物或描述習慣性飲食或飲食幹預的代謝後果。
Posma及其同事將營養組描述成是"化學上不同的、源自飲食的、能促成人類代謝表型的分子物種"。他們提出，一組穩定的飲食相關代謝物可以是監測從健康到不健康表型發生轉變的功能方法，因此，可以通過飲食和生活方式進行早期幹預。這項研究通過對INTERMAP隊列中的1,848名美國成年人反覆（間隔約3周）進行24小時飲食後分析和1H-NMR尿液代謝組分析，提供了強大的數據集。研究人員通過代謝反應網絡分析和使用尿液代謝物來預測健康和不健康的飲食模式來證明其功能。
測量食物攝入量是很困難的，不準確的數據會使得飲食-疾病的關聯站不住腳。Posma及其同事通過嚴格的選擇標準發現有67種營養素與46種尿液代謝物相關。他們還使用了新穎的層次聚類方法對營養素和代謝物關聯進行分類，以確定穩健的營養素和代謝物群。例如，膳食果糖、葡萄糖和維生素C共為一簇且與尿液中的脯氨酸甜菜鹼相關，後者是著名的柑橘類水果攝入量的代謝組學生物標誌物相關。作者展示了他們在確定代謝反應網絡上的功能的方法，這個方法除了簡單的統計相關性之外，還能顯示代謝物在生物化學方面的關聯。作者舉例描述了為什麼一些代謝物與膳食營養素相關，而其他密切相關的代謝物卻並沒有。值得關注的是參與多種代謝途徑和/或涉及胃腸道中微生物酶的反應的代謝物也與膳食營養素相關；這強調網絡分析能潛在地幫助理解影響代謝健康的宿主-微生物組相互作用。
尿液代謝物還能預測健康和不健康的飲食模式。使用基於美國數據的模型在英國INTERMAP隊列中預測健康的和不健康的飲食模式的預測準確率為62%至74%。雖然英國隊列的預測準確率仍然很高，但需要注意的是，這兩個隊列的尿液和飲食數據採集遵循相同的標準操作程序，這在一定程度上減少了隊列間的差異。無論如何，這表明尿液代謝譜作為一種客觀的測量方法，在自由生活人群中根據人們對健康飲食模式的堅持程度進行分類，具有實用性。
不同的是，本研究在一個大隊列中對飲食和尿液代謝物進行了重複測量，這樣的穩定性保證了數據收集的可靠性。重複測量可以比較飲食營養素和尿液代謝物在類內的相關性，或穩定性。尿液代謝物比膳食營養素更穩定，這更體現了尿液代謝物作為客觀的飲食衡量的重要性。此外，重複的測量使得使用在時間點1時的代謝物數據建立起的飲食模式預測模型能夠利用時間點2時的尿液代謝物預測健康的和不健康的飲食模式得分。測試模型的預測精度與原模型結合尿液數據的預測精度相匹配。代謝物的總體的人內類內相關性高於人與人之間的相關性，說明至少對於這組46種代謝物來說，個體比其他人更像自己。雖然以前的研究已經報告了類似的指標，但很少有如此大的樣本，包括重複的尿液收集和飲食的重複測量。
Posma及其同事解決了其他營養代謝組學研究中共同存在的不足。他們有一個大型的代表性隊列和一個獨立的外部驗證隊列，他們在代謝網絡分析中不僅研究了飲食-代謝物的關聯，還描述了能夠解釋所觀察到的關聯的潛在途徑，他們對飲食和尿液進行重複測量，從而能夠進行重複性和穩定性分析。然而，問題仍然存在。這些與飲食相關的代謝物是否在較長時間內保持穩定，有哪些遺傳學或環境因素有助於穩定？除了明確哪些是健康的和不健康的飲食之外，還有哪些其他意義？例如，已經描述了一個用於整合基於膳食的飲食模式和代謝組學數據的框架，通過這個框架，通過一組最常見的飲食模式和連接的尿液代謝組圖譜庫，可以使用一個未知飲食史的個體的尿液代謝組來預測其飲食模式。然而，我們可以在此基礎上再加一層，描述這些群體的潛在代謝狀態，這樣的代謝組圖譜就不是簡單的飲食生物標誌物，而是一種"功能營養表型"。這是人類營養研究和實踐的一個進步，也是精準營養的一個切實的工具。
News & Views| Nitrogen emissions along global livestock supply chains
伴隨全球牲畜供應鏈的氮排放量
過去幾年，全球牲畜供應鏈極大地改變了氮的流動，對環境和人的健康造成了很大的威脅。本文分類評估了畜牧業（包括國際貿易）對全球氮流動和排放的影響。結果顯示，畜牧業當前能排放65 Tg N/年，相當於目前人類引起的氮排放量的三分之一，足以形成地球的氮氣邊界。其中66%位於亞洲並且68%與飼料生產相關。雖然在一些進口國中國際貿易中的氮排放佔據非常重要的地位，但是大部分排放仍然來自於當地生產的動物源性食物。鑑於其影響重大並且在國內和國際氮問題中的核心作用，畜牧業迫切需要一項全球倡議來在支持糧食安全的同時解決氮汙染問題。