多组学分析揭示冠状动脉粥样硬化的生物标志物:发生与发展机制

时间:2025年8月24日
来源:Clinical and Translational Medicine

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(编辑推荐)本研究通过整合临床数据、血浆代谢组学和肠道微生物组的多组学分析,发现血浆代谢物(如TMAO、ADMA、LPC18:2等)与冠状动脉粥样硬化(CA)严重程度显著相关,构建的诊断模型AUC达0.933以上,为CA早期诊断和个体化治疗提供了新策略。

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引言

心血管疾病(CVDs)是全球死亡的主要原因,其中冠状动脉粥样硬化(CA)是核心病理表现。当前诊断金标准冠状动脉造影(CAG)具有侵入性和高成本,亟需开发非侵入性生物标志物。本研究通过多组学方法,探索CA发生发展的分子机制及潜在诊断标志物。

研究方法

队列设计:纳入443名参与者,分为发现队列(n=246)、测试队列(n=93)和盲法验证队列(n=104)。CA严重程度通过Gensini评分(GS)分为无病变(AS0,GS=0)、轻度(AS1,GS=1–40)和重度(AS2,GS>40)。

样本分析:采集血液和粪便样本,进行16S rRNA测序(肠道菌群)和LC-MS/MS代谢组学分析(血浆和粪便)。通过随机森林模型筛选特征标志物,并在独立队列中验证。

研究结果

肠道菌群特征:CA患者肠道中促炎菌属(如链球菌属Streptococcus、乳杆菌属Lactobacillus)丰度增加,而有益菌属(如拟杆菌属Bacteroides)减少。回归分析显示,StreptococcusBacteroides的丰度与CA严重程度显著相关(R2>0.9)。

代谢组学变化:血浆中51-63种代谢物在CA各阶段差异显著。关键代谢物包括:

  • TMAO(三甲胺-N-氧化物):与心血管风险正相关,AS2组水平显著升高。

  • ADMA(不对称二甲基精氨酸):抑制一氧化氮合成,促进内皮功能障碍。

  • 嘌呤代谢物:尿酸(AS1组升高)和次黄嘌呤(AS2组降低)与CA进展相关。

诊断模型性能

  • 发现队列:血浆代谢组学预测CA严重程度的AUC达0.800,优于肠道菌群数据(AUC=0.638)。

  • 测试队列:联合5种代谢物(如胆固醇硫酸酯、TMAO)的模型AUC达0.987。

  • 盲法验证:代谢物组合区分AS0与AS2的AUC为0.849,敏感性97.37%。

讨论与意义

机制解析

  • TMAO和ADMA:通过促进炎症和氧化应激加速CA进展。

  • 色氨酸代谢:Trp水平降低与血管钙化负相关,可能影响斑块稳定性。

临床价值:本研究提出的非侵入性生物标志物面板(如TMAO、ADMA、LPC18:2)为CA早期诊断和风险分层提供了新工具,尤其适用于资源有限地区。

局限性与展望

研究未纳入无症状个体,且多数患者接受降脂治疗,可能影响代谢物水平。未来需扩大队列并探索代谢物调控CA的具体机制。

(注:全文数据均源自原文,未添加非文献支持结论。)

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