心肌梗死相关口腔微生物组与唾液代谢组改变及四代谢物无创诊断特征的病例对照研究

《Journal of Oral Microbiology》：Alterations in oral microbiome and salivary metabolome profiles associated with myocardial infarction: a case-control study

　　

背景：目前少有研究全面刻画心肌梗死（MI）患者的唾液微生物组与代谢组；因此，本病例对照研究表征MI患者微生物与代谢改变，并识别潜在诊断特征。方法：纳入70名参与者（35例MI患者和35名匹配健康对照）。通过16S rRNA（V3–V4）测序分析唾液微生物群，采用非靶向液相色谱-质谱联用（LC-MS）分析代谢物。评估微生物多样性、分类组成和预测功能通路。通过受试者工作特征（ROC）分析评估诊断性能，并分析微生物群-代谢物相关性。结果：MI患者与对照的口腔微生物α多样性（alpha diversity）存在显著差异。MI患者α多样性显著更高，群落结构独特，β多样性（beta diversity）在组间分离。富集类群包括Bacteroidota、Veillonella和Prevotella_7，而Streptococcus和Porphyromonas在MI患者中减少。由升高的L-2-aminoadipic acid和降低的thromboxane B2、4-oxo-2-nonenal及arginyl-glutamate组成的四代谢物面板以高诊断准确性区分MI与对照（AUC = 0.92–0.94）。通路分析提示ferroptosis和arginine/proline metabolism为候选机制。相关分析显示Streptococcus与L-2-aminoadipic acid显著正相关。结论：MI与独特口腔微生物和唾液代谢组特征相关。四代谢物面板显示出作为潜在非侵入性生物标志物特征的希望，但仍需外部验证。鉴于横断面设计，不能建立因果关系。关键词：心肌梗死；口腔微生物群；唾液代谢组学；微生物组-代谢组互作；生物标志物。

研究背景：心血管疾病尤其心肌梗死（myocardial infarction，MI）仍是全球主要死亡原因，每年约1720万例死亡；传统危险因素不能完全解释疾病负担，慢性低度系统性炎症贯穿动脉粥样硬化各阶段，促使研究者关注心脏外炎症来源。口腔是人体第二大多样微生物栖息地，含700余种细菌；牙周炎与MI风险升高相关（校正传统危险因素后OR约1.3–2.5），共识报告已认可牙周炎与心血管病的关联，但机制未完全阐明，可能涉及短暂菌血症、口腔微生物或毒力因子直接定植斑块，以及微生物代谢物或病原体相关分子模式（PAMPs）的系统扩散。既往研究多聚焦少数可培养病原体如Porphyromonas gingivalis和Fusobacterium nucleatum，忽视大量未培养或研究不足类群；已有研究分析STEMI口腔微生物与炎症风险评分、口腔微生物与氧化三甲胺（TMAO）及急性MI口腔微生物特征，但口腔微生物功能潜力（由代谢组反映）研究有限。代谢物是微生物和宿主代谢活动的下游读出，可影响炎症、氧化应激和血小板功能；唾液非侵入、易采集，可同时反映宿主和微生物代谢，且口腔-心脏轴较肠-心轴研究不足。因此研究人员假设MI与独特口腔微生物和唾液代谢组特征相关，并可能作为非侵入诊断基础，开展整合16S rRNA测序和非靶向LC-MS的病例对照研究。

关键技术方法：研究人员在中国拉萨中国人民解放军西藏军区总医院开展横断面病例对照研究，2025年3月至10月纳入35例ST段抬高型心肌梗死（STEMI）患者和35名匹配健康对照（样本队列来源明确）。采集非刺激全唾液，分别用于16S rRNA（V3–V4）测序和非靶向液相色谱-质谱联用（LC-MS）代谢组学；生物信息学进行操作分类单元（OTU）聚类、α/β多样性、LEfSe差异分类群、PICRUSt2/KEGG功能预测；代谢组采用主成分分析（PCA）/正交偏最小二乘判别分析（OPLS-DA）、KEGG富集、受试者工作特征（ROC）及Spearman相关分析。

研究结果：
基线特征（Baseline characteristics of the participants）：汇总70名参与者人口学、临床参数和病史；原文报告MI患者年龄、BMI、甘油三酯、LDL-C较高而HDL-C较低，同时表述人口学和临床参数组间无显著差异。
OTU分布和微生物多样性（OTU distribution and microbial diversity）：16S rRNA测序显示MI患者独特OTU为12,923、对照为10,303，共享2,252；稀释曲线达平台。Chao1和ACE无显著差异，Shannon和Simpson在MI显著更高；Bray–Curtis PCoA显示组间群落结构不同，PERMANOVA p=0.001、R²=0.021，效应较小。结论为MI口腔微生物α多样性增高、群落结构改变但组间解释方差有限。
分类组成、微生物群标志物和预测功能通路（Taxonomic composition, microbiota markers, and predicted functional pathways）：门水平MI中Bacteroidota、Fusobacteriota、Actinobacteriota较高，Firmicutes、Proteobacteria、Patescibacteria较低；属水平Veillonella、Prevotella_7、Neisseria、Prevotella、Alloprevotella、Fusobacterium、Actinomyces富集，Streptococcus、Porphyromonas、Haemophilus减少；LEfSe显示MI中9个物种包括Bacteroidota门及Veillonella、Prevotella_7富集，对照中10个富集；PICRUSt2/KEGG预测显示MI氨基酸代谢、能量代谢、辅因子和维生素代谢上调，膜转运、脂质代谢、复制修复、碳水化合物代谢和翻译下调。
唾液代谢组学揭示MI独特特征（Salivary metabolomic profiling reveals distinct signatures in MI）：非靶向LC-MS鉴定1,465种代谢物，MI中738上调、727下调；13Z,16Z-Docosadienoic acid和L-2-aminoadipic acid等5种显著上调，SM(d19:1/PGJ2)、Asparaginyl-Lysine、Sorbaldehyde显著下调并与临床MI标志物相关；PCA可见分离（PC1=30.29%，PC2=13.77%），OPLS-DA明显区分；严格标准识别20种差异代谢物，上调包括ticagrelor、juvenile hormone III和复杂脂质，下调包括seryltyrosine、γ-谷氨酰半胱氨酸（γ-GC）和pirfenidone。结论为MI唾液代谢景观显著改变。
唾液代谢物作为MI潜在生物标志物（Salivary metabolites as potential biomarkers for MI）：ROC分析显示四代谢物AUC为0.92–0.94；L-2-aminoadipic acid在MI升高（p<0.001），4-oxo-2-nonenal（p<0.001）、arginyl-glutamate（p=0.002）、thromboxane B2（p<0.001）降低；提示发现队列存在诊断信号，需外部验证。
唾液代谢组功能变化（Functional variations in the salivary metabolome）：KEGG富集显示MI患者5条通路显著扰动，包括biotin metabolism、ferroptosis、arginine and proline metabolism、taste transduction和FoxO signalling；网络图显示通路与差异代谢物互作及中枢节点。结论为ferroptosis和arginine/proline metabolism为候选机制。
口腔微生物群与临床及代谢组谱的相关分析（Correlation analysis of oral microbiota with clinical and metabolomic profiles）：对前5位最丰富物种、临床参数和代谢物做Spearman相关；口腔微生物类群与临床参数无显著关联；Streptococcus与L-2-Aminoadipic acid显著正相关。结论为唯一显著微生物-代谢物关联。

讨论部分总结：讨论指出MI口腔微生物α多样性增高和β多样性差异与部分研究一致、与部分相反；PERMANOVA显著但R²小；Veillonella、Prevotella_7、Bacteroidota富集与Streptococcus、Porphyromonas减少构成口腔菌群失调特征；Veillonella发酵乳酸为丙酸，Prevotella诱导Th17黏膜炎症，口腔细菌参与硝酸盐-亚硝酸盐-一氧化氮（NO）通路；牙周参数组间无显著差异，提示菌群差异非单纯牙周严重度驱动；Porphyromonas减少与P. gingivalis研究矛盾，可能受菌株、群落和他汀影响，探诊出血（BOP）受抗血小板药影响。唾液方面，2-氨基己二酸（2-AAA）升高、γ-GC降低提示氧化还原失衡；四代谢物面板诊断性能高，但ticagrelor检测反映用药依从性并可能影响代谢签名；唾液thromboxane B2降低与系统通常升高不同，需血浆-唾液配对研究；临床转化需外部验证、药物效应刻画、预分析标准化及与肌钙蛋白基准比较，可能用于低资源或院前筛查。通路涉及ferroptosis（花生四烯酸、肾上腺酸、γ-GC与脂质过氧化/谷胱甘肽）和arginine/proline metabolism（L-proline、spermine、S-adenosylmethionine与NO生物利用度/多胺）；唾液代谢物反映宿主循环和口腔微生物活动。药物治疗方面，所有MI患者接受阿司匹林和替格瑞洛负荷及他汀，可能影响2-AAA、4-oxo-2-nonenal和thromboxane B2。局限性包括样本量小、牙周病轻、16S V3–V4分辨率低和相对丰度、横断面单中心、唯一相关为属水平、饮食口腔卫生社会经济混杂未完全控制、LEfSe为主需未来DESeq2验证。
研究结论翻译：本研究表明MI与口腔微生物组成和唾液代谢组谱的明显改变相关。四代谢物面板（L-2-aminoadipic acid升高；thromboxane B2、4-oxo-2-nonenal和arginyl-glutamate降低）以良好准确性区分MI患者与对照，提示唾液可能作为代谢物生物标志物的潜在非侵入来源。包括ferroptosis和arginine/proline metabolism在内的改变通路是候选机制，但因果关系尚待建立。这些发现为口腔-心脏轴未来前瞻性研究提供基础，并强调需在更大独立队列中采用标准化预分析方案进行外部验证。