炎症相关5-羟甲基化特征作为冠状动脉疾病临床分型的非侵入性表观遗传标志物

本研究针对冠状动脉疾病(CAD)诊断依赖侵入性血管造影的临床困境，由中国医学科学院阜外医院团队通过5hmC-Seal技术对724例患者血浆游离DNA(cfDNA)进行全基因组5-羟甲基化(5hmC)分析，发现19个炎症相关标志物可有效区分稳定型CAD(sCAD)与心肌梗死(MI)，模型AUC达0.913。该研究首次揭示5hmC修饰通过调控中性粒细胞免疫通路参与CAD进展，为疾病分层提供了新型液体活检策略。

　　

冠状动脉疾病(CAD)作为全球头号非传染性疾病杀手，每年造成近900万人死亡。尽管冠脉造影仍是诊断金标准，但其创伤性和辐射风险限制了大规模筛查应用。更棘手的是，现有非侵入手段如冠脉CT血管造影(CCTA)难以捕捉驱动斑块不稳定的分子事件——约30%接受规范治疗的患者仍会发生急性心血管事件。这种"残余风险"的背后，是传统解剖学评估对全身性炎症活动的盲区。

中国医学科学院阜外医院联合北京大学第三医院的研究团队另辟蹊径，将目光投向DNA表观遗传修饰中的5-羟甲基胞嘧啶(5hmC)。这种由TET酶催化产生的修饰标记，在神经和肿瘤领域已被证明能动态反映疾病状态，但在CAD领域仍存在三大谜团：不同临床分型(稳定型心绞痛、非ST段抬高型心梗、ST段抬高型心梗)是否存在特异性的5hmC指纹？这些修饰是否与关键的炎症通路关联？能否转化为精准分层的生物标志物？

研究团队采用5hmC-Seal化学标记技术结合高通量测序，对阜外医院724例受试者(含180例健康对照)的血浆cfDNA进行全基因组分析。通过机器学习算法筛选特征性修饰位点，并在167例独立队列中验证模型的稳健性。

主要技术路线

1. 队列设计：纳入sCAD(190例)、NSTEMI(106例)、STEMI(248例)患者，排除合并感染、肿瘤等混杂因素
2. 5hmC图谱构建：采用化学标记法捕获1-10 ng cfDNA中的5hmC信号
3. 生物信息学分析：通过DESeq2鉴定差异羟甲基化区域(DhMRs)，WGCNA解析共表达网络
4. 模型开发：LASSO算法筛选特征标志物，十折交叉验证优化分类器

研究结果

5hmC在CAD患者cfDNA中的分布特征

全局分析显示，CAD组TSS区域5hmC显著丢失，而基因体(GB)区域修饰保留。STEMI患者GB区5hmC富集度最高(75%)，提示转录激活状态。

炎症相关的差异化羟甲基化特征

共鉴定出6,083个差异位点，其中608个核心DhMGs在三个CAD亚型中共同出现。功能分析揭示这些基因密集富集于中性粒细胞激活、IL-1生成调控等通路。值得注意的是：

• sCAD特异性基因调控血小板信号传导
• NSTEMI相关基因影响GTP酶活性
• STEMI特征基因主导脂质转运过程

疾病进展的动态修饰模式

K均值聚类发现两个关键模式：CD163相关基因的5hmC渐进性增加，而CXCL8(IL-8)相关基因修饰递减。PPI网络显示CD163与CSF1形成枢纽节点，二者已知参与巨噬细胞极化与斑块稳定性调控。

19标志物分类模型的性能

基于LASSO算法构建的模型在训练集达到AUC 0.954，验证集AUC 0.913。外部验证显示对NCA vs MI的区分效能最优(AUC=0.918)，显著优于传统指标如hs-CRP(AUC=0.765)。核心标志物PDE4B、TGFBR2等均参与炎症信号传导。

结论与展望

该研究首次绘制了CAD临床分型的5hmC表观遗传图谱，揭示中性粒细胞相关炎症通路是修饰变化的核心驱动力。相较于解剖学评估，这种"分子听诊器"能捕捉到：

1. 全身性炎症负荷——通过CD163/CXCL8等标志物动态变化
2. 斑块不稳定的分子前兆——早于影像学可见的结构改变
3. 个性化干预靶点——如TET2激活剂可能逆转致病性修饰

局限性在于未能明确5hmC信号的细胞来源，且横断面设计难以建立因果关联。未来研究可通过单细胞测序解析贡献源细胞，并开展前瞻性队列验证预测价值。这项发表于《Cardiovascular Diabetology》的工作，为CAD的精准防诊治提供了新型表观遗传视角。