《American Heart Journal Plus: Cardiology Research and Practice》：Rationale and design of the Cardiac MRI and Biological Samples in the Acute Phase of ST-Segment Elevation Myocardial Infarction study (the CARAMBOLE study)
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背景：ST段抬高型心肌梗死（STEMI）可导致无复流/微血管阻塞（MVO）和左心室重构（LVR）等并发症，两者均具有重要的预后影响。炎症是这些机制的核心，而肠道菌群失调可能通过升高的氧化三甲胺和脂多糖放大炎症反应。整合心脏磁共振（CMR）、微生物组谱分析和免疫
背景：ST段抬高型心肌梗死（STEMI）可导致无复流/微血管阻塞（MVO）和左心室重构（LVR）等并发症，两者均具有重要的预后影响。炎症是这些机制的核心，而肠道菌群失调可能通过升高的氧化三甲胺和脂多糖放大炎症反应。整合心脏磁共振（CMR）、微生物组谱分析和免疫炎症生物标志物的多参数策略，可能有助于加深对这些并发症的理解和预测。
方法：CARAMBOLE是一项前瞻性、单中心转化队列研究。自2024年3月至2025年7月，研究纳入普瓦捷大学医院150例连续的STEMI患者。符合条件的患者（年龄≥18岁、确诊STEMI、签署知情同意、无CMR禁忌证）在入院时、24小时和48小时接受系列血液采样和生物样本库建设（血浆、血清、外周血单核细胞、DNA、RNA）。研究在急性期和1年随访时进行粪便和尿液采样以表征肠道和泌尿生殖道微生物组、标准化问卷（生活方式、生活质量、认知评估）、超声心动图和CMR检查。主要目标是识别与1年主要不良心血管事件（MACE：心血管死亡、复发性心肌梗死、缺血性卒中、心力衰竭住院）相关的临床、生物学和影像学生物标志物，由独立盲法委员会判定。多组学分析（鸟枪法宏基因组学、靶向代谢组学、高通量炎症蛋白组学）被预先设定为探索性分析，其中部分分析依赖于额外资金支持。
结论：这一多参数转化队列将为菌群失调、炎症和CMR标志物（无复流/MVO、梗死面积、LVR）之间的关系提供新的机制和流行病学见解，旨在生成有待在更大规模多中心队列中验证的预后生物标志物假说。
一、研究背景与问题
尽管再灌注策略取得了重大进展，ST段抬高型心肌梗死（STEMI）仍是发病和死亡的主要原因，占所有慢性心力衰竭（HF）病例的一半以上。在法国，数据显示1年全因死亡率约为8%，主要不良心血管事件（MACE）发生率约为25%。经皮冠状动脉介入治疗（PCI）是STEMI的金标准治疗，但冠状动脉再灌注本身可通过缺血再灌注损伤（包括组织水肿、心肌内出血、局部炎症和微血管阻塞（MVO））矛盾性地加重心肌损伤。即使即时死亡率有所下降，STEMI后心力衰竭的发生率却有所增加，提示存在持续未解决的病理生理负担。
再灌注STEMI后的三大并发症仍未在临床实践中被充分理解：左心室重构（LVR）、无复流现象及其潜在的炎症级联反应。LVR是一个动态过程，最初旨在代偿心输出量减少，涉及血流动力学、炎症和神经激素通路，但进行性导致左心室容积增加、心肌细胞肥大、远端心肌间质纤维化，最终损害左心室射血分数（LVEF）。其发生率因定义不同从11.3%到48.4%不等，反映了CMR量化LVR缺乏共识。无复流现象指尽管心外膜冠状动脉成功再通，心肌组织灌注仍失败，其病理生理是多因素的，结合了炎症成分、血管收缩和远端微栓塞。在CMR上，相应组织基质被称为MVO，是STEMI后不良结局的独立预测因子。此外，急性期系统性CMR可能识别左室内血栓，其患病率估计为15-20%，但住院期间仅16%被诊断，这些患者需要抗凝治疗以预防血栓栓塞事件。
心肌缺血和坏死触发的炎症反应是再灌注损伤和LVR的核心驱动因素。促炎细胞因子（包括白细胞介素-1β（IL-1β））促进白细胞募集、基质金属蛋白酶激活和心肌细胞功能障碍。该反应的持续时间和幅度关键决定伤口愈合质量；持续炎症导致梗死扩展和收缩功能恢复受损。肠道微生物群已成为STEMI后病理生理的关键且未被充分探索的调节因子。STEMI期间，心输出量减少导致肠道低灌注和肠道屏障破坏，使细菌产物和脂多糖（LPS）易位进入体循环。一项队列研究中，循环LPS升高与CMR上的MVO独立相关。先前存在的肠道菌群失调通过氧化三甲胺（TMAO）过度产生进一步放大心肌损伤，TMAO激活NLRP3炎症小体，增加活性氧生成，损害微血管内皮功能。一项对八个STEMI队列的系统综述证实，较高血浆TMAO与更大梗死面积和增加MACE风险相关。相反，有益菌产生的短链脂肪酸（SCFAs）发挥心脏保护性抗炎作用，其在菌群失调中的耗竭移除了关键保护性制动机制。
超越肠道，泌尿生殖道微生物组日益被认为是代谢活跃的群落：尿路微生物组调节全身和局部炎症张力，并已与糖尿病和慢性肾脏病中的心脏代谢表型相关联。心外膜脂肪组织（EAT）是代谢活跃的储存库，其炎症分泌组可直接调节邻近心肌和冠状动脉功能。急性冠脉综合征（ACS）患者的EAT中已检测到细菌DNA，与NLRP3炎症小体激活和前IL-1β上调相关。CMR量化的EAT体积已被证明与STEMI后MVO范围和更大梗死面积相关。尽管证据不断增长，ESC冠状动脉病理生理工作组强调，大多数将肠道微生物群与心血管疾病联系起来的研究集中于慢性稳定疾病，急性心肌梗死的前瞻性研究仍然迫切需要。
二、研究设计与方法
CARAMBOLE是一项在普瓦捷大学医院进行的前瞻性单中心转化队列研究。研究于2024年3月8日启动招募，2025年7月完成，1年随访于2026年7月完成。纳入标准为年龄≥18岁、心电图≥2个连续导联ST段抬高≥0.2 mV、签署书面知情同意。排除标准包括冠状动脉造影排除STEMI、CMR禁忌证（幽闭恐惧症、钆对比剂过敏、CMR不兼容植入设备、eGFR<30 mL/min/m2的严重肾衰竭）、无法国社会保障覆盖、法律无行为能力和妊娠。研究方案包含五个时间点：V1（入院/H0）、V2（H24）、V3（H48）、V4（出院，≤5天）和V5（12个月随访）。主要终点是1年复合MACE（心血管死亡、复发性心肌梗死、缺血性卒中、心力衰竭住院），由独立盲法委员会判定。主要分析人群为所有接受急性期CMR的入组患者。主要候选生物标志物家族预先指定为：CMR衍生标志物（MVO、梗死面积、EAT、LVR）、常规和免疫炎症血液生物标志物、以及肠道和泌尿生殖道微生物组多样性指数。研究目标样本量为150例，基于机构STEMI活动量确定。
三、关键技术方法
研究采用多项关键技术：标准化CMR方案（包括电影序列、原生和增强后T1/T2 mapping、钆延迟强化（LGE）），用于量化梗死面积（以左室质量百分比表示，采用全宽半最大值法）、MVO（LGE透壁区域内膜下低信号核心）、心肌内出血（T2和T2* mapping低信号核心）、细胞外容积分数（ECV）和EAT体积（半自动勾画）；肠道和泌尿生殖道微生物组分析采用16S rDNA宏基因测序（V3-V4区，Illumina MiSeq）和18S rDNA/ITS测序，生物信息学流程使用QIIME2模块；系列生物样本库建设（血浆、血清、PBMCs、DNA、RNA）；靶向血清代谢组学（超高效液相色谱-串联质谱（UHPLC-MS/MS））和高通量炎症蛋白组学（Olink? Target 96炎症panel）作为探索性分析。样本队列来源为普瓦捷大学医院心脏重症监护室（CICU）连续STEMI患者。
四、研究结果
研究方案和访视安排：研究包含五个时间点。V1时除标准STEMI检查外，进行综合研究采样：血浆、血清、PBMCs、DNA和RNA的系列生物样本库建设；粪便和尿液样本用于微生物组分析，尽可能接近STEMI事件采集，且仅限前15天未使用抗生素者。V2和V3收集额外研究血样。V4进行完整经胸超声心动图（TTE）和CMR，以及EQ-5D-5L生活质量问卷和CODEX认知评估。V5重复所有基线评估。
影像学方案：TTE由两名资深心脏病专家执行，参数包括左室尺寸和容积、LVEF、整体纵向应变、舒张功能参数、室壁运动异常、右室尺寸和功能、瓣膜疾病分级、心房容积和应变及心包积液。CMR采用标准化方案，包括电影序列（左室和右室容积、LVEF）、原生和增强后T1 mapping和T2 mapping、LGE。梗死面积在LGE上量化为左室质量百分比。MVO在早期和晚期增强后图像上量化为左室质量百分比。LVR预先定义为急性期和1年CMR之间左室舒张末期容积（LVEDV）增加≥20%。所有CMR检查将在普瓦捷大学医院进行双盲阅读，与巴黎IHU-ICAN心血管影像核心实验室合作进行集中EAT分析。
微生物组分析：肠道和泌尿生殖道微生物组将通过16S rDNA宏基因测序（V3-V4区）分析细菌组多样性，18S rDNA/ITS测序用于尿路微生物组表征。将评估α多样性（Shannon指数、观察物种数）和β多样性（Bray-Curtis相异度）与影像和临床严重程度标志物的关系。已知的微生物组修饰暴露（抗生素、质子泵抑制剂、抗糖尿病药物、他汀类、SGLT2抑制剂）将被系统记录并在多变量和敏感性分析中调整。所有样本遵循标准化操作程序采集、分装、快速冷冻并在-80°C储存。
样本量和统计分析：鉴于研究的探索性和转化性质，未进行正式效能计算。统计分析将使用SAS 9.4或R进行。主要目标中，1年MACE的候选预测因子将在每个生物标志物家族内预先指定并有意限制数量（目标每个候选变量≥10个事件）。为避免过拟合和不稳定变量选择，将使用惩罚回归（LASSO/弹性网络）和降维方法。内部验证依赖自助重采样，报告乐观校正的判别力（c统计量）和校准。性别将作为预先指定的亚组分析，进行正式交互检验。缺失数据将在缺失随机假设下使用多重插补，并进行完整病例敏感性分析。对于时间-事件分析，死亡竞争风险将使用原因特异性风险和Fine-Gray亚分布模型处理。次要影像目标中，ROC曲线分析将确定最佳MVO和LVR阈值（Youden指数）。多组学整合将使用稀疏偏最小二乘和多组学因子分析（MOFA+）识别连接宏基因组学、代谢组学和蛋白组学与CMR终点的潜在生物学轴。
五、讨论与结论
CARAMBOLE研究通过首次前瞻性地将系统性急性期CMR与包括肠道和泌尿生殖道微生物组分析在内的综合系列生物采样相结合，解决了STEMI后管理中的关键未满足需求。普瓦捷大学医院心脏病重症监护和CMR设施位于同一建筑内的组织优势，使所有连续入组患者能在指数住院期间进行系统性急性期CMR。该设计直接解决了现有LVR文献的局限性：通过系统应用CMR这一容积量化的金标准，在急性期和1年时进行评估，CARAMBOLE将提供更准确的患病率数据，并帮助定义与预后相关的最佳CMR-based LVR阈值。系统性急性期CMR还将估计左室内血栓的真实住院患病率，并直接测量急性期CMR改变患者管理的比例（抗凝启动、life-vest处方）。微生物组分析的整合是另一优势，将检查STEMI后1年内配对急性期和1年粪便微生物组样本与系列CMR和临床结局的关系。泌尿生殖道微生物组的平行分析将生成该人群中的首个此类数据集。EAT量化的纳入构成另一原创维度，将探索肠道微生物群组成、循环代谢物、CMR EAT特征和MVO范围之间的三角关系。与里昂HIBISCUS-STEMI队列的合作允许约600名患者的合并分析，HIBISCUS-STEMI 2队列将作为外部验证队列。
研究局限性包括：单中心研究可能限制普适性；微生物组分析限于前15天无抗生素治疗的患者，可能引入选择偏倚；人群主要为白种人且来自单一地理区域；预期MACE数量相对于候选生物标志物广度较小，预后分析为探索性。
结论：CARAMBOLE研究是一项前瞻性单中心转化队列，在连续STEMI患者中结合系统性急性期CMR与包括肠道和泌尿生殖道微生物组分析在内的综合系列生物采样，并在1年随访时重复评估。其原创性多参数设计应为STEMI中肠-心轴提供新的机制见解，完善CMR检测的STEMI后并发症的真实世界流行病学，并生成有待在更大规模多中心队列中验证的多组学预后生物标志物假说。
