[发明专利]动脉粥样硬化的识别模型的构建方法

说明书

本发明提供了一套基于宏基因组测序的动脉粥样硬化早期识别模型构建技术。本发明采用国际先进的Illumina NovaSeq平台，对人的粪便和口腔菌群宏基因组DNA采用Nextera转座子鸟枪宏基因组测序技术，配合传统的高通量测序，并产生宏基因组数据。进而运用数据库和系统等进行宏基因组测序数据分析。通过对数据进行训练集和验证机矫正，并配合机器学习和神经网络算法，产生可靠的早期动脉粥样硬化识别模型，并通过扩大宏基因组生物标志物进行验证。本发明基于较大规模的系统性队列研究，通过队列将病程变化和菌谱进行关联性分析，从而对早期标记物进行判断，在预防医学领域提供了更具价值的系统性研究方法。

技术领域

本发明涉及生物技术领域，特别涉及模型及其构建方法。

背景技术

心血管疾病作为全球范围的主要致死因素，其中动脉粥样硬化则占到了主要的发病因素。传统研究分析结果表明，动脉粥样硬化的危险相关因素涉及男性、年龄、吸烟、高血压、高脂血症、肥胖和糖尿病等慢性炎性疾病。另一方面，生物标志物如循环系统中高敏感性C反应蛋白的升高，也暗示了粥样硬化的病因。近年来越来越多的证据表明，感染和慢性炎性疾病，例如类风湿性关节炎，也与动脉粥样硬化风险增加有关。其中细菌感染造成的炎症机制目前被认为是导致动脉粥样硬化形成的重要原因。

人体的微生物菌群主要位于肠道远端和口腔，其中下消化道含有近100万亿个微生物，其中大部分是细菌。目前在这个微生物群中已经鉴定出了1000多种细菌的种类和7000多个株，尤其是拟杆菌门和厚壁菌门占肠道微生物群中已知分类的90％以上。目前已知的微生物群的总编码基因超过了330万个，达到人类宿主基因组编码数的150多倍，其中许多微生物的产物对人体代谢和健康有重要影响。随着高通量测序技术的普及、人类微生物组计划的开展(Human Microbiome Project)及医学大数据模型的建立，肠道、口腔和动脉硬化粥样斑块等微生物组和宏基因组在动脉粥样硬化形成中的作用逐步被揭示。人体微生物共生菌群也作为检测靶点和生物标记物，为精准医疗提供重要诊疗价值。

Koren等人通过对15例患者和15例正常人的动脉粥样硬化斑块进行对比，并对牙菌斑及粪便进行16S rDNA测序，发现在所有的动脉粥样硬化斑块样品中均鉴定到了动脉粥样硬化的潜在标志物，即浅黄华丽单胞菌(Chryonomonas)。多数样本在粥样硬化斑块、粪便及口腔中均出现了韦荣球菌(Veillonella)和链球菌(Streptococcus)，且动脉粥样硬化斑块中的Veillonella和Streptococcus的综合丰度与口腔丰度相关。Mitra等人对颈动脉粥样硬化的研究表明，斑块组织中具有2％-16％的测序读段来自于细菌，其中

鼠李糖乳杆菌(Lactobacillus rhamnosus)和多糖奈瑟球菌(Neisseriapolysaccharea)等含量较高。具有缺血症状的病人斑块和无症状病人斑块菌群在碳水化合物和氨基酸能量代谢等基本通路上具有很大差异，提示病人菌群该方面的功能较差。Karlsson等人使用鸟枪法对12例动脉粥样硬化患者和13例正常人的肠道宏基因组进行测序，发现动脉粥样硬化患者中柯林斯氏菌

(Collinsella)明显丰富，而健康对照组中的罗氏菌(Roseburia)和真杆菌(Eubacterium)更丰富。进一步对宏基因组的功能进行分析，研究人员揭示了患者的肠道微生物可以合成和消耗植烯脱氢酶，且相应的患者血清β-胡萝卜素水平也降低，且肠道微生物丰富程度和宿主炎症状态有关联，从而影响动脉粥样硬化的进程。最近Zhu等人通过对一个由8个素食者和10个杂食者构成的肠道菌群短期队列进行研究发现，肠道微生物可以由膳食中的营养物质如胆碱、卵磷脂和l-肉碱等产生TMAO(氧化三甲胺)，杂食主义比素食主义者的血液TMAO含量更高，并更易促进血栓的形成和发展。同时该研究提示使用低剂量的阿斯匹林来减轻TMAO升高所导致的血小板聚。