冠状动脉粥样硬化性心脏病是目前全球死亡率最高的慢性复杂性疾病，每年的死亡数已经远远超过癌症死亡数的总和，从而受到越来越多的关注。心脏在正常的生理状态下消耗的能量主要来自线粒体中氧化磷酸化产生的三磷酸腺苷（Adenosine Triphosphate, ATP)，其中60%的ATP主要来源于脂肪酸[1]。许多的心血管疾病（比如冠状动脉粥样硬化性心脏病和心衰等）的机体代谢因为人体内部自身环境的变化和外部环境的影响而发生了转变。之前的心血管疾病研究结果表明，异常显著性升高的低密度脂蛋白胆固醇（Low-Density Lipoprotein Cholesterol， LDL-C）是诱发冠状动脉粥样硬化性心脏病发生的一个主要的危险因子[2]。
据MaGiCAD机构对心血管类疾病死亡发生原因长达5年的跟踪研究结果表明，大部分的死亡是因为患者并不知道自己患有冠状动脉粥样硬化性心脏病，从而也没有进行相应的治疗[3]。因此，对于冠状动脉粥样硬化性心脏病的早期准确诊断和预防主要的挑战还是缺乏可靠的生物标记物。直到目前为止，诊断冠状动脉粥样硬化性心脏病的“金标准” 是冠状动脉造影术，但是冠状动脉造影术具有侵入损伤性，并伴有许多的致死性副作用，比如假性动脉瘤、脑动脉栓塞、肺血管柱塞以及腹膜后大出血等[4,5]。因此，探索和发现无创或者微创性的且能够高度准确诊断冠状动脉粥样硬化性心脏病的方法是十分必要的，也是迫在眉睫的。
随着测序技术和质谱技术的发展，测序成本和检测小分子的成本的不断降低，多组学技术-基因组学（如遗传多态性），宏基因组学（如细菌、真菌、病毒），转录组学（如mRNA、microRNA），蛋白质组学（如蛋白质），免疫组学（如抗体），代谢组学（如代谢物）-已经在不同的方面上被广泛应用于生物学的研究，这些技术的发展为系统地研究生物学提供了强有力的平台。心血管类疾病的核心问题出现在脂质代谢异常[6-7]，这使得代谢组学技术显得更加适合应用于心血管类疾病的研究。代谢组学技术具有将遗传因素和外在环境因素结合在一起进行解析整合的优势，从而能够更好的解释诱发冠状动脉粥样硬化性心脏病发生和发展的原因。
代谢组学技术是一种目前相当创新及具有相当大的潜在发展力的技术，该技术能够定性和定量任何生物系统或者任何特殊生理状态下的小分子物质（分子质量小于1500道尔顿）。目前进行代谢组学研究主要有两种仪器：核磁共振仪和质谱分析仪，这两项仪器技术在过去十年间的发展和大量应用使得许多关于内源性化合物的测定的科学文章以指数型增长的速度发表[8]。核磁共振仪技术的优点主要有非破坏损伤性检测样本、数据分析处理模式成熟以及仪器易于使用和操作。但是从2005年开始，质谱分析仪的使用量远超了核磁共振仪的使用量（比例接近2:1），这主要是质谱分析仪的几大优点决定的：质谱分析仪相对核磁共振仪具有更高的灵敏度，能够获得更广的代谢物谱，还改善和改进了代谢物的鉴定和识别能力，并且还能够对代谢物进行种类特异性的分析[9]。质谱分析仪经常会和色谱分析仪结合起来使用，例如气相色谱质谱联用仪(GC-MS)，液相色谱质谱联用仪(LC-MS)，这样能够更好的将样品中的物质分离开，得到更加清晰的质谱谱图。由于生物体内的挥发性代谢物较少，同时气相色谱质谱联用仪的灵敏度较低，因此这样使得液相色谱质谱联用仪变成一个相对更好的选择。
人体中携带的微生物类型多样、数量巨大，与机体多个组织、器官组成了动态平衡的共生系统，定植较集中的区域包括皮肤、鼻腔、口腔、消化道及生殖道等，构成人体复杂的“微生态系统”。其中，人肠道中有超过1014个细菌，是最复杂的微生态系统。自细菌-Escherichia coli 被成功从肠道中分离培养至今，已有超过605种肠道菌被鉴定出来，仍有大量重要的肠道菌因生存环境特殊难以培养和深入研究，如某些严格的厌氧菌。第二代测序技术、第三代测序技术和生物信息技术的发展促进了新肠道菌的发现和认识[10,11]，人类肠道约由1000-1500种肠道菌群组成，在具有某些共同特征人群(如地域、饮食习惯等)中，有一些细菌群体是共有的并构成该人群的“核心微生物组”。基于对不同人群肠道微生态的组成差异分析，可将人的肠道微生态划分为不同“肠型”，如拟杆菌型(Bacteroides)、普氏菌型(Prevotella)和瘤胃球菌型(Ruminococcus)等[12]。肠道微生态对人体健康的作用是多维度、动态、复杂且广泛的，在肠道与微生物构成的共生生态系统中，肠道为微生物提供广阔、无氧或低氧、富含营养、恒温的环境，微生物帮助宿主提高营养物质的分解效率、增加有益物质的吸收、合成人体所需的营养物质(如多种维生素)、维护神经系统的稳定性、促进免疫系统的建成等[13-16]。同时肠道微生物保护肠道上皮细胞屏障并调控细胞的增殖、分化和凋亡[17]。而异常或案乱的肠道微生态对人体有负面作用甚至促进某些疾病的发生，如心血管疾病[18,19]。
近几年的研究表明，心血管疾病的发生是人类的日常饮食、肠道菌群、人的自身遗传特性等多方面的共同作用产生的，食物中的胆碱类物质、甜菜碱类物质和磷脂疏胆碱类物质在人体内经肠道菌群的作用会转化成三甲胺(TMA)，三甲胺在肝脏经单胺氧化酶的作用下会转化成氧化三甲胺(TMAO)，长期进食左旋肉毒破的模型小鼠证实了TMAO会恶化并促进动脉粥样硬化形成，而且TMAO会增加心血管类疾病以及突发性的不利的心血警事件(比如心肌梗死，中风甚至死亡)发生的概率[18-20]。Wang Z等开发使用治疗靶点为TMA裂解酶的胆碱类似物3,3-二甲基-1-丁醇(DMB)，DMB不抑制微生物的生长，但可抑制微生物生成三甲胺TMA，减弱胆破引起的动脉粥样硬化[21]。RobertsAB等针对细菌产生TMA的关键酶CutC/D，开发了两种不影响共生菌的生存能力，却能使CutC/D永久失活的强效抑制剂:iodomethylcholine (IMC) 和fuoromethylcholine (FMC)，这种抑制剂选择性的在肠道共生菌中积累，可几乎完全抑制高胆碱食物造成的TMA和TMAO生成，减少血小板聚集和血栓形成且未观察到明显毒副作用[22]。Feng等使用宏基因组学和代谢组学技术研究了53位CHD患者和43位健康人发现N-乙酰-D-葡萄糖胺-6-磷酸和甘露醇是有肠道微生物参与合成的，其中Clostridium sp.HGF2与N-乙酰-D-葡萄糖胺-6-磷酸和甘露醇表现出显著的正相关作用，Clostridium sp.HGF2，Streptococcus 5p.M334和Streptococcus Sp.M143同甘露醇也显著相关[23]。Lin等发现高血脂条件下肠道微生态异常会引起血管周围脂肪组织B2细胞的招募和异位激活及循环免疫球蛋白增多，促进动脉粥样硬化发展[24]。Nemet I 等通过人体代谢组分析以及小鼠和体外实验，发现了一种新的心血管疾病相关的肠道菌群代谢衍生物—苯乙酷谷氨酷胺(PAGIn)，PAGn作用于G蛋白偶联受体，包括α2A、α2B和β2-肾上腺素能受体(ADR)，来引起下游细胞反应，增强血小板活化和血栓形成潜力，用抑制ADR的β受体阻断药，能减少PAGIn诱导的高血栓形成风险[25]。这些发现有望造福心血管疾病患者和高危群体。
通过结合基因组学、宏基因组学、转录组学、代谢组学、蛋白质组学和免疫组学等，多层次、多方向结合准确的临床信息对心血管疾病进行系统性的跨组学研究，将不同平台的信息分析技术、分子实验技术以及动物实验模型技术进行有机的结合，进一步挖掘、发现和验证影响冠状动脉粥样硬化性心脏病发病的潜在作用机制，这将不仅能够加速、加深我们对冠状动脉粥样硬化性心脏病等心血管类疾病的了解，而且最终将更好地有助于我们对心血管类疾病进行及时、高效、适宜的预防、诊断和治疗。
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