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肠道菌群与代谢特征在急性冠脉综合征（ACS）中的特异性变化及临床意义

1. 研究团队与发表信息

本研究由Jing Xu（中国医学科学院阜外医院）、Die Dai（华中科技大学）、Yanan Yang（天津中医药大学）等来自中国、荷兰多所机构的学者共同完成，通讯作者为Yuejin Yang（阜外医院）和Jingyuan Fu（荷兰格罗宁根大学医学中心）。研究于2025年8月22日发表在期刊iMeta（DOI: 10.1002/imt2.70079），标题为《Distinct microbial and metabolic shifts characterize acute coronary syndrome and recovery》。

2. 学术背景

科学领域：心血管疾病（Coronary Artery Disease, CAD）与肠道微生物组学（Gut Microbiome）的交叉研究。
研究动机：尽管冠状动脉疾病（CAD）是全球主要死因，但其急性发作形式——急性冠脉综合征（ACS）的早期预警标志仍不明确。肠道菌群及其代谢产物（如氧化三甲胺, TMAO）已被认为与CAD相关，但能否区分稳定型CAD（SCAD）与ACS尚不清楚。
研究目标：通过多组学分析，揭示ACS患者肠道菌群和血浆代谢物的特异性变化，评估其在疾病恢复期的动态变化，并构建机器学习模型用于临床风险分层。

3. 研究流程与实验设计

研究对象与分组：
- 队列1：548名受试者，分为正常冠状动脉（NCA, n=175）、原发性SCAD（n=161）、ACS（n=212）。
- 队列2（验证队列）：52名ACS康复后转为SCAD的患者（Recovery SCAD）。

实验流程：
1. 样本采集与处理：
- 粪便样本：通过宏基因组测序（Illumina HiSeq 4000）分析微生物组成（Metaphlan4）和功能通路（HUMAnN3）。
- 血浆样本：采用超高效液相色谱-高分辨质谱（UPLC-HRMS）进行非靶向代谢组学和脂质组学分析。

1. 数据分析：
   
   • 微生物多样性：通过Shannon和Simpson指数评估α多样性，PERMANOVA分析β多样性。
     
   • 差异特征筛选：使用MaAsLin2校正年龄、性别等混杂因素，筛选ACS特异性菌群和代谢物（q<0.1）。
     
   • 功能通路关联：通过MetaCyc数据库注释微生物代谢通路，并与血浆代谢物进行相关性分析（Spearman）。
     
   • 机器学习模型：基于LightGBM算法整合临床指标、微生物和代谢物特征，区分NCA、SCAD和ACS。
     

创新方法：
- Recovery SCAD队列：首次纳入ACS康复患者，验证标志物的可逆性。
- 多组学整合：结合宏基因组、代谢组和脂质组数据，通过MetOrigin工具解析菌群-代谢物-通路的相互作用。

4. 主要结果

1. ACS特异性菌群与代谢特征：
- 微生物变化：ACS患者富集促炎菌（如链球菌属*Streptococcus spp.*）和粘蛋白降解菌（如双歧杆菌*Bifidobacterium*），而抗炎菌（如梭菌属*Clostridium*）减少。
- 代谢物变化：血浆中2-羟基丁酸（2-HB）、3-羟基丁酸（3-HB）和琥珀酸（Succinate）显著升高，色氨酸（Tryptophan）等氨基酸降低。

2. 恢复期动态变化：
- Recovery SCAD患者的菌群和代谢物（如链球菌、3-HB）趋向SCAD水平，表明ACS特征具有可逆性。

3. 机器学习模型性能：
- 整合微生物和代谢物的模型区分ACS与SCAD的AUC达0.83，显著优于仅用临床指标的模型（AUC=0.59）。

逻辑关联：
- 菌群通过调节琥珀酸和酮体代谢通路（如BDH1、SDHA酶）影响宿主炎症状态，进而促进ACS进展。

5. 结论与价值

科学价值：
- 首次系统揭示ACS患者肠道菌群和代谢物的阶段特异性变化，提出“菌群-代谢-心血管轴”在ACS中的作用机制。
应用价值：
- ACS特异性标志物（如2-HB、链球菌）可作为潜在诊断靶点；多组学模型为临床风险分层提供新工具。

6. 研究亮点

• 创新性设计：纳入Recovery SCAD队列验证标志物的动态变化。
  
• 多组学整合：通过机器学习将微生物和代谢物特征转化为临床可用的预测工具。
  
• 临床转化潜力：为ACS的早期干预和个性化治疗提供新思路。
  

7. 其他重要发现

• 菌群功能：ACS患者微生物的酮生成和脂肪酸代谢通路显著激活，与循环酮体水平升高一致。
  
• 炎症关联：促炎菌（如链球菌）与血清hs-CRP、NT-proBNP等炎症标志物正相关。
  

该研究通过多学科交叉方法，为心血管疾病的精准医疗提供了新的理论基础和技术路径。