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摘要目的：<br>　　煤工尘肺（CoalWorkers''Pneumoconiosis，CWP）的发病机制目前尚不完全清楚，同时也缺乏早期检测指标和有效的治疗方法。肠道微生物及其代谢产物对部分肺部疾病的影响已被广泛认可，但在CWP中，它们的确切作用尚不清楚。因此，本研究旨在通过多组学联合分析探索肠道微生物组和代谢组在CWP发病中的作用，评估肠道微生物与肺功能改变之间的相关性，鉴定相关的早期生物标志物。<br>　　方法：<br>　　1．研究对象基本信息及样本采集：2021年10月至2022年8月，共招募43例已确诊的I期煤工尘肺患者和48例煤尘暴露时间大于10年但未被确诊CWP的接尘工人（Dust-ExposedWorkers，DEW）进入本项目，并进行肺功能测试和影像学检查。采集所有研究对象的新鲜粪便样本，并记录基本资料，包括年龄、性别、体重指数（BodyMassIndex，BMI）、接尘时间、吸烟年数和吸烟状况等。<br>　　2．CWP患者肠道微生物组研究：样本经检测合格后，提取粪便样本中的DNA，利用16SrRNA基因扩增和测序技术，经PCR、纯化、混合和建库后进行高通量测序。得到的原始数据经过拼接、过滤后得到可靠的有效数据，再基于有效数据进行OTU聚类和物种分类分析。通过Adonis分析、Wilcoxon秩和检验、LefSe分析和MaAsLin2等统计学分析方法分析两组样本的群落多样性和物种组成的差异显著性。通过ROC曲线分析和随机森林分析筛选和挖掘与CWP相关的早期生物标志物。<br>　　3．CWP肠道微生物与肺功能改变的相关性：根据我国肺功能常规指南和肺功能测试结果，将CWP患者分为肺功能正常组（CWPN）和肺功能受损组（CWPI），将接尘工人分为肺功能正常组（DEWN）和肺功能受损组（DEWI）。分别比较CWPN组与CWPI组之间，以及DEWN组和DEWI组之间的肠道微生物α多样性和β多样性。利用多因素线性回归分析探究肺功能指数与α多样性指数之间的相关性。利用Spearman相关性分析探究差异肠道微生物与肺功能指数之间的相关性。<br>　　4．CWP患者粪便代谢组研究：粪便样本经前处理后，采用液相色谱-质谱联用技术（LC-MS）进行非靶代谢组学检测。将下机数据进行谱图处理、搜库及质控后，得到代谢物的定性定量结果。运用PCA和PLS-DA等多元统计的方法分析CWP患者和接尘工人之间的代谢模式差异。设定差异代谢物筛选阈值为：VIP值＞1、FC值＞1.5或＜0.667，且P值＜0.05。利用ROC曲线分析挖掘CWP差异代谢物中相关的早期生物标志物。通过KEGG富集分析解释差异代谢物相关的生物学意义。<br>　　5．多组学联合分析：通过肠道微生物与代谢物之间的Spearman相关性分析，确定特定差异肠道微生物与特定差异代谢物之间的相关性。<br>　　结果：<br>　　1．基本信息与肺功能比较：共纳入43例CWP患者和48例接尘工人，与接尘工人相比，CWP患者的年龄更大（60.00VS49.50，P＜0.001），接尘时间更长（32.00VS20.50，P＜0.001），具有统计学意义。而BMI、吸烟状况和吸烟年数方面，CWP患者与接尘工人相比无显著差异。两组在总体肺功能状况无显著差异，但与接尘工人相比，CWP患者的某些肺功能指数显著降低，如FEV1（2.87VS3.23，P=0.003）、FEV1/FVC%（75.47VS78.96，P＜0.001）、FEV1/FVC%pred（90.60VS94.33,P＜0.001）、FEV1/VC%（74.46VS78.27，P=0.001）、MEF50%pred（69.72VS80.15,P=0.042）和MMEF%pred（62.40VS72.03，P=0.044）。<br>　　2．肠道微生物组分析：在CWP患者中，描述肠道微生物丰富度的Chao1指数（358.57VS324.72，P=0.198）和ACE指数（363.66VS330.39，P=0.262），以及描述肠道微生物多样性的Shannon指数（4.38VS3.92，P=0.191）和Simpson指数（0.88VS0.88，P=0.578）均与接尘工人相似，均无显著差异。但两组菌群组成存在显著差异（Adonis，R²=0.0321，p=0.004）。Wilcoxon秩和检验结果显示，CWP患者中抗炎微生物丰度显著降低（P＜0.05），如不动杆菌属（Agathobacter）和罗姆布茨菌属（Romboutsia）；相反，促炎微生物丰度显著增加（P＜0.05），如克雷伯氏菌属（Klebsiella）、大肠杆菌-志贺氏菌属（Escherichia-Shigella）和嗜血杆菌属（Haemophilus）等。基于LEfSe分析在属水平上识别的差异肠道微生物与Wilcoxon秩和检验结果一致。经MaAsLin2校准年龄后，克雷伯氏菌属、嗜血杆菌属、Clostridium_sensu_stricto_1和Lachnospiraceae_NK4A136_group仍在两组中表现出显著差异（Q＜0.05），这4种差异菌属联合预测CWP的AUC值为0.8668。<br>　　3．肠道微生物与肺功能分析：CWPI患者肠道微生物Shannon指数（4.49VS4.83，P=0.029）显著低于CWPN患者，两组之间的菌群组成也发生显著改变（Adonis，R2=0.0585，P=0.002）。肠道微生物多样性与肺功能的多因素线性回归分析显示，在CWP患者中，Shannon指数与肺功能指数FEV1（β=0.29，P=0.021）和FEV1/FVC（β=4.34，P＜0.001）呈正相关，Simpson指数与肺功能指数FEV1（β=2.55，P=0.025）和FEV1/FVC（β=39.94，P＜0.001）呈正相关。然而，在接尘工人中，未观察到它们之间的显著相关性。差异微生物与肺功能指数的Spearman相关性分析发现，促炎微生物克雷伯氏菌属与多项肺功能指标显著负相关，嗜血杆菌属与FEV1和FVC显著负相关。<br>　　4．代谢组学分析：非靶代谢组学分析显示，CWP患者与接尘工人之间存在218个差异代谢物。这些代谢物以脂质类和氨基酸类增加为主，以促进肺纤维化为主要特征。经筛选，发现5个AUC值大于0.8的差异代谢物，分别是：水飞蓟宾（Silibinin）、单硬脂酸山梨醇酯（Sorbitanmonostearate）、2-萘酚（2-Naphthol）、单棕榈酸山梨醇酯（Sorbitanmonopalmitate）和5-羟基吲哚（5-Hydroxyindole）。这5个代谢物联合预测CWP的AUC值为0.879。KEGG通路富集分析显示，维生素B6代谢和苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸的生物合成通路在两组之间存在显著差异；磷脂代谢、花生四烯酸代谢、精氨酸的生物合成以及磷酸戊糖途径通路可能与CWP肺纤维密切相关。<br>　　5．多组学联合分析：差异肠道微生物与差异代谢物的Spearman相关性分析结果显示，嗜血杆菌属、不动杆菌属、Clostridium_sensu_stricto_1和Lachnospiraceae_NK4A136_groupke可能是CWP发病中的核心菌群，分别与28、20、20和14个差异代谢物具有显著相关性。促进肺纤维化的代谢物PGH2和12(S)-HETE与抗炎微生物不动杆菌属呈显著负相关，而与促炎微生物嗜血杆菌呈显著正相关。<br>　　结论：<br>　　1．CWP患者与接尘工人之间的肠道微生物组存在显著差异，表现为促炎微生物丰度增加，而抗炎微生物丰度降低。<br>　　2．肠道微生物改变与肺功能受损之间的联系表明，肠道微生物在CWP发病机制的早期阶段中发挥了作用。<br>　　3．CWP患者与接尘工人之间的代谢组存在显著差异，差异代谢物与肺纤维化相关通路有关。<br>　　4．肠道微生物群相关代谢物可作为CWP发病机制的新切入点，为CWP诊断和治疗提供潜在的生物标志物和治疗靶点。