英文標(biāo)題:Metabolic perturbations underlying the associations of endocrine-disrupting chemical mixtures with muscle mass and strength in adults: A repeated-measures study
發(fā)表期刊：Environmental Chemistry and Ecotoxicology
影響因子：8.2
客戶單位：華中科技大學(xué)
百趣提供服務(wù)：新一代代謝組學(xué)NGM 2 Pro、經(jīng)典脂質(zhì)組學(xué)
研究背景
肌肉減少癥是老齡化相關(guān)的重要健康問題，以骨骼肌量和力量下降為核心，關(guān)聯(lián)多種不良結(jié)局，其發(fā)生與飲食、運動及環(huán)境暴露等相關(guān)。
內(nèi)分泌干擾物(EDCs)廣泛存在于環(huán)境中，可干擾激素與代謝系統(tǒng)，但現(xiàn)有研究多聚焦單一EDC、采用單點采樣，未充分評估EDCs混合物對肌肉健康的聯(lián)合效應(yīng)及潛在機制，且健康飲食和規(guī)律運動能否拮抗該毒性尚不明確。
因此，開展涵蓋多類別EDCs、基于重復(fù)測量的研究，系統(tǒng)解析其混合物與肌肉量、力量的關(guān)聯(lián)因素，揭示代謝機制，對肌肉減少癥的防控具有重要意義。
長按二維
研究結(jié)果
01.研究設(shè)計和統(tǒng)計描述
本研究共納入127名受試者(中位年齡54歲，女性占70.9%)，85.0% 為不吸煙人群、86.6%為不飲酒人群，77.2%有規(guī)律運動行為，71.7%飲食不健康；四肢骨骼肌質(zhì)量(ASM)和握力(HGS)中位數(shù)分別為22.2kg和28.5kg，基本正常。血漿全氟和多氟烷基物質(zhì)(PFAS)重現(xiàn)性良好(ICC 0.80–0.96)；15種尿EDC表現(xiàn)為中等重現(xiàn)性(0.40≤ICC<0.75)，其余53種尿EDC重現(xiàn)性較差(ICC<0.40)。
部分EDC類別如有機紫外線吸收劑(UVAs)、鄰苯二甲酸酯類(PAEs)、合成酚類抗氧化劑(SPAs)及多數(shù)多環(huán)芳烴(PAHs)、新煙堿類殺蟲劑(NNIs)濃度呈顯著季節(jié)差異，且不同EDCs間呈廣泛正相關(guān)。
圖1. 隊列研究設(shè)計概述
02.單一EDC類別混合組對ASM的整體影響
為明確單一EDC類別內(nèi)多種化合物的混合暴露是否與骨骼肌質(zhì)量(ASM)下降相關(guān)，并識別各組中的關(guān)鍵貢獻(xiàn)化合物，采用BKMR、BWQS、QG-C三種統(tǒng)計模型分析。
BKMR模型顯示，全氟和多氟烷基物質(zhì)(PFAS)、苯并噻唑類(BTHs)、多環(huán)芳烴(PAHs)、有機磷農(nóng)藥(OPPs)、雙酚類(BPs)、新煙堿類殺蟲劑(NNIs)、莠去津類(ATZ)、合成酚類抗氧化劑(SPAs)、對羥基苯甲酸酯類(PBs)9類混合物每增加1個四分位距(IQR)，均與ASM顯著下降相關(guān)(圖2A)，并識別出15種高權(quán)重風(fēng)險化合物(圖2B)。
BWQS模型進(jìn)一步確認(rèn)，PAHs、BPs、ATZ、SPAs、PBs 5類混合物每增加1 個四分位，分別使ASM降低 0.75%～1.85%(圖2C)，各組最大權(quán)重化合物分別為2-OHPHE(PAHs)、BPAP(BPs)、ATZ-OH(ATZ)、BHT-OH(SPAs)、EtP(PBs)(圖2D)。
QG-C模型驗證了PAHs、BPs、ATZ、PBs 4類與ASM的顯著負(fù)相關(guān)(圖2E)，其中PBs組最大權(quán)重化合物為2-PHHA(圖2F)。
盡管QG-C模型中PFAS、BTHs、OPPs、NNIs與ASM的關(guān)聯(lián)未達(dá)統(tǒng)計顯著性，BWQS模型中PFAS、BTHs、OPPs未納入分析、NNIs無顯著關(guān)聯(lián)，但所有未顯著的類別效應(yīng)方向均與BKMR模型一致。
三種模型共同證實PAHs、BPs、SPAs、PBs 4類混合物與ASM顯著下降相關(guān)，并鎖定了各組中的主要貢獻(xiàn)化合物，為后續(xù)關(guān)鍵EDC混合物的構(gòu)建提供了核心依據(jù)。
圖2. 暴露混合組對四肢骨骼肌質(zhì)量(ASM)的整體影響及相對貢獻(xiàn)
03 單一EDC類別混合組對HGS的整體影響
為評估12類EDC混合物是否與握力(HGS)下降相關(guān)，并識別各組中的關(guān)鍵貢獻(xiàn)化合物，圖3呈現(xiàn)了三種多暴露模型的分析結(jié)果。
BKMR模型顯示(圖3A)，PFAS、金屬、PAHs、OPPs、BPs、NNIs、ATZ、PBs 8類混合物每增加1個四分位距(IQR)，均與HGS顯著下降相關(guān)，并鎖定9種高權(quán)重風(fēng)險化合物，包括PFHxS(PFAS)、Pb(金屬)、9-OHPHE(PAHs)、PNP(OPPs)、BPE(BPs)、DIN(NNIs)、ATZM(ATZ)、p-HBA(PBs)等(圖3B)。BWQS模型確認(rèn)PFAS、金屬、OPPs、BPs、ATZ與HGS顯著負(fù)相關(guān)；QG-C模型驗證了金屬、OPPs、BPs、ATZ的顯著負(fù)向影響(圖3C, E)。
BWQS模型中權(quán)重最高的化合物為PFTrDA(PFAS)、Pb(金屬)、IMPY(OPPs)、BPAF(BPs)、ATZM(ATZ)(圖3D)；QG-C模型中權(quán)重最高的為Pb、Ba(金屬)、PNP(OPPs)、BPAF(BPs)、ATZM(ATZ)(圖3F)。PAHs、NNIs、PBs在BWQS和QG-C模型中效應(yīng)方向與BKMR一致，但未達(dá)統(tǒng)計顯著性。
三種模型一致認(rèn)定金屬、OPPs、BPs、ATZ混合物與HGS顯著下降相關(guān)，PFAS的關(guān)聯(lián)僅BWQS模型支持，同時明確了各組中的主要毒性化合物，為后續(xù)關(guān)鍵EDC混合物的構(gòu)建提供了核心依據(jù)。
圖3. 暴露混合組對握力(HGS)的整體影響及相對貢獻(xiàn)
04 關(guān)鍵EDC混合物的鑒定和整體效果
為篩選驅(qū)動肌肉質(zhì)量(ASM)與握力(HGS)下降的關(guān)鍵化合物，并比較該跨類別關(guān)鍵混合物的聯(lián)合效應(yīng)與任意單一 EDC類別內(nèi)混合物效應(yīng)的大小，利用BKMR、BWQS、QG-C三種模型分別識別與ASM、HGS相關(guān)的風(fēng)險化學(xué)品(圖4A)，交叉定義 “關(guān)鍵EDC” 為至少在兩種模型中權(quán)重高于平均值的化合物。
ASM相關(guān)關(guān)鍵EDC共22種，涵蓋3種PFAS、3種PAHs、1種OPPs(IMPY)、2種ATZ、4種NNIs、4種SPAs、3種PBs及2-NH?-BTH(BTHs)、BPAP(BPs)；HGS相關(guān)關(guān)鍵EDC共17種，相比ASM組新增4種金屬(Ba、Pb、Sb、U)及PNP(OPPs)、BPAF(BPs)等。兩組關(guān)鍵EDC共享7種，包括PFTrDA(PFAS)、2-OHPHE、3-OHPHE、9-OHPHE(均為PAHs)、ATZM(ATZ)、∑THD(NNIs)、MeP(PBs)。
將上述關(guān)鍵EDC重新組成混合物后，三模型一致顯示其對ASM和HGS的顯著負(fù)向效應(yīng)(圖4B, D)，且該整體效應(yīng)大于任意單一EDC類別內(nèi)混合物的效應(yīng)，為后續(xù)機制研究提供了核心暴露組合依據(jù)。
圖4. 三種多暴露模型篩選出的關(guān)鍵EDCs及其混合物對肌肉量和肌肉力量的整體效應(yīng)
05.運動和飲食對關(guān)鍵EDC混合物與肌肉健康關(guān)聯(lián)的調(diào)節(jié)作用
為檢驗規(guī)律運動與健康飲食是否削弱關(guān)鍵EDC混合物對ASM的負(fù)面效應(yīng)，圖5呈現(xiàn)了BKMR、BWQS、QG-C三種模型的分層分析結(jié)果，即分別按 “是否規(guī)律運動”、“是否健康飲食” 分為兩組，分析關(guān)鍵EDC混合物對ASM的總體影響。
BKMR模型顯示：不規(guī)律運動者中，關(guān)鍵EDC混合物每增加1個四分位，ASM下降4.17%；規(guī)律運動者ASM僅下降3.09%，負(fù)向關(guān)聯(lián)顯著減弱。不健康飲食者中，關(guān)鍵EDC混合物每增加1個四分位，ASM下降1.05%；健康飲食者僅下降 0.88%(圖5A)。BWQS與QG-C模型結(jié)果與BKMR一致(圖5B-C)。
圖5. 按規(guī)律運動和健康飲食分層的關(guān)鍵EDCs混合物對ASM的整體效應(yīng)
06.中間相遇(MITM)分析
為尋找連接EDC混合物與肌肉結(jié)局(ASM/HGS)的血液代謝標(biāo)志物，對319份血漿樣本進(jìn)行非靶標(biāo)代謝組學(xué)分析。
通過代謝組全關(guān)聯(lián)分析(MWAS)，分別篩選出與ASM相關(guān)EDC混合物、HGS 相關(guān)EDC混合物、ASM、HGS顯著關(guān)聯(lián)的代謝物48種、7種、89種、372種(圖6A)；經(jīng)MITM交叉分析后鎖定3種 “重疊代謝物”：胍基乙酸、甲硫氨酰 - 異亮氨酸、2-羥基-2-甲基丁酸(圖6B-C)。
這3種代謝物均與EDC混合物呈負(fù)相關(guān)，與ASM/HGS呈正相關(guān)。以胍基乙酸為例，ASM相關(guān)EDC混合物每增加1個四分位，其水平顯著下降29.03%；而甘氨酸脒基甜菜堿每升高1個標(biāo)準(zhǔn)化單位，ASM顯著增加0.79%。
圖6. 關(guān)鍵EDC混合物與ASM/HGS水平的代謝組全關(guān)聯(lián)分析
07.關(guān)鍵EDC混合物相關(guān)的重疊代謝通路
為明確關(guān)鍵EDC混合物損害ASM的潛在代謝通路，對ASM相關(guān)EDC混合物、ASM、HGS三組MWAS顯著差異代謝物分別進(jìn)行KEGG通路富集分析，共得到29條通路(圖7A)；
經(jīng)MITM分析篩選，截取與EDC混合物及ASM均顯著相關(guān)的3條重疊通路：亞油酸代謝通路、α- 亞麻酸代謝通路和花生四烯酸代謝通路(圖7B)。
進(jìn)一步鎖定上述3條重疊通路中的核心代謝：3種磷脂酰膽堿(PC 18:2/20:0、PC 14:0/P-18:1、PC 18:0/24:1)和2種前列腺素代謝產(chǎn)物(13,14-二氫-15-酮-PGE2、15-酮-PGF2α)(圖7C)。
圖7. 與關(guān)鍵EDC混合物、ASM及HGS相關(guān)的代謝通路
08.敏感性分析
為驗證關(guān)鍵EDC混合物與肌肉指標(biāo)(ASM/HGS)負(fù)向關(guān)聯(lián)的穩(wěn)健性，并探索運動、季節(jié)等因素的效應(yīng)修飾作用，開展9項敏感性分析及分層分析。
敏感性分析顯示：單污染物模型僅Pb等少數(shù)EDC顯著；23種金屬混合物與 HGS負(fù)關(guān)聯(lián)仍顯著(Pb為主要貢獻(xiàn)者)；校正身高/體重后，關(guān)鍵EDC混合物與ASMI、HGI負(fù)相關(guān)成立；不同數(shù)據(jù)處理方式下主結(jié)論不變；多模型復(fù)現(xiàn)EDC混合物與重疊代謝物的顯著關(guān)聯(lián)。
效應(yīng)修飾分析表明：規(guī)律運動顯著削弱EDC對ASM的不良影響；季節(jié)分層中，EDC與ASM負(fù)相關(guān)僅秋季顯著，與HGS三季均顯著(夏季最強)；≥60歲人群 EDC-ASM關(guān)聯(lián)更強，女性EDC-HGS關(guān)聯(lián)更強。
綜上，關(guān)鍵EDC混合物對肌肉健康的負(fù)面影響穩(wěn)健存在，規(guī)律運動可緩解毒性，高齡及女性為高風(fēng)險群體，為精準(zhǔn)干預(yù)提供依據(jù)。
總結(jié)討論
本研究通過三個季節(jié)重復(fù)測量設(shè)計，系統(tǒng)評估了78種EDC混合物對成人肌肉質(zhì)量和力量的影響，發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵EDC混合物可通過擾亂脂肪酸代謝和胍基乙酸-肌酸軸降低ASM與HGS，而規(guī)律運動與健康飲食可顯著緩解其毒性。
研究首次鎖定7種跨ASM/HGS模型一致的共享關(guān)鍵EDC(如 PFTrDA、2-0HPHE、3-OHPHE、9-OHPHE、ATZM、∑THDMeP)及3條核心代謝通路(亞油酸、α- 亞麻酸、花生四烯酸代謝)，為化學(xué)性肌肉減少癥的環(huán)境誘因與發(fā)病機制提供新證據(jù)。
局限性包括：樣本量中等、因果時序難定、未納入部分與肌肉健康相關(guān)的新興EDC，且缺乏吸煙飲酒修飾效應(yīng)分析；未來需擴大人群樣本量、開展前瞻性隊列明確因果時序，并針對核心代謝物與通路開展靶標(biāo)代謝組學(xué)驗證。
百趣生物新一代代謝組學(xué)NGM 3 Pro，憑借全球領(lǐng)先的2w+代謝物標(biāo)準(zhǔn)品自建庫，顯著改善代謝組學(xué)鑒定準(zhǔn)確性不足、數(shù)量有限的痛點。其基于LC-MS技術(shù)，可檢測生物受刺激后小分子代謝物動態(tài)變化，助力篩選差異代謝物并關(guān)聯(lián)生理病理。針對代謝物多樣性及提取局限，該技術(shù)通過多色譜柱聯(lián)用覆蓋非極性/極性代謝物與脂質(zhì)，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)品自建庫進(jìn)一步提升鑒定效率，為標(biāo)志物篩選、機制研究提供有力支撐。
百趣生物經(jīng)典脂質(zhì)組學(xué)，對生物體、組織或細(xì)胞中的脂質(zhì)以及與其相互作用的分子進(jìn)行全面系統(tǒng)的分析、鑒定，了解脂質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能，進(jìn)而揭示脂質(zhì)代謝與細(xì)胞、器官乃至機體的生理、病理過程之間的關(guān)系。目前脂質(zhì)組學(xué)已經(jīng)被廣泛運用于藥物研發(fā)、分子生理學(xué)、分子病理學(xué)、功能基因組學(xué)、營養(yǎng)學(xué)以及環(huán)境與健康等重要領(lǐng)域。
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