尿氮类阻燃剂与肾功能障碍：基于铁死亡相关机制的人群证据

《Environmental Chemistry and Ecotoxicology》：Urinary nitrogen flame retardants and renal dysfunction: Population evidence with ferroptosis-related mediation

氮聚合物阻燃剂（NFRs）与肾损伤的关联及铁蛋白溶解机制研究。病例对照研究显示肾结石患者尿液中NFRs总浓度（中位数94.3 vs 28.9 ng/mL）显著升高，其中MEL和AMD与血清蛋白及尿液中肾损伤标志物（如α1-MU、β2-MU）显著相关，AMD的肾毒性效应尤为突出。混合建模表明NFRs联合暴露对肾功能障碍有持续影响。中介分析揭示CYA通过Fe2?和MDA介导肾损伤，且首次检测到尿液中TMTA。这些结果为NFRs混合暴露的肾毒性机制提供了流行病学证据。

　　氮基阻燃剂（NFRs）作为一种新兴的环境污染物，近年来因其对肾脏的潜在毒性效应而受到广泛关注。尽管已有研究揭示了NFRs与肾脏疾病之间的联系，但其具体作用机制仍不完全明确。本研究通过一项在中国进行的病例对照研究，对123名患有肾结石的患者和77名健康成年人的尿液样本进行了分析，旨在探讨NFRs对肾脏损伤的潜在影响，并揭示其可能的生物机制。研究结果表明，NFRs的暴露与肾脏功能指标及肾结石形成存在显著关联，尤其是氧化应激和铁死亡（ferroptosis）可能在其中发挥关键作用。

### 一、研究背景与意义

随着合成化学品的广泛应用，NFRs已成为环境中常见的污染物之一。这类化合物因其化学结构稳定、生物累积性强以及对肾脏的毒性效应而备受关注。NFRs中最为典型的是三聚氰胺（MEL）及其衍生物，如三聚氰酸（CYA）、氨苯三酮（AMD）和氨基苯三酮（AMN）。MEL最早于1958年在美国被批准用于反刍动物饲料中的非蛋白质氮添加剂，但2008年中国奶粉污染事件后，其危害性迅速引起全球关注。该事件导致大量婴幼儿肾功能损伤，甚至死亡，促使人们深入研究NFRs的健康影响。

近年来，越来越多的证据表明NFRs不仅与肾结石形成有关，还可能参与慢性肾脏病（CKD）的发病过程。CKD已成为全球范围内的重大公共卫生问题，特别是在中国，据估计有约8200万人受到影响。NFRs的环境持久性、生物累积性以及其在水体、食品和室内灰尘中的广泛存在，使得其对人类健康的潜在威胁不容忽视。尽管已有研究关注MEL的毒性作用，但对其他传统和新兴NFRs的健康影响仍缺乏系统性分析，尤其是在肾脏损伤中的具体作用机制。

### 二、研究方法与设计

本研究采用病例对照设计，选取了123名肾结石患者和77名健康成年人作为研究对象。所有参与者均来自中国山东省的齐鲁医院，研究时间跨度为2021年12月至2022年7月。研究团队通过采集清晨首次尿液样本和空腹血液样本，对尿液中的七种NFRs进行了定量分析，并评估了其与肾脏生物标志物之间的关联。

尿液样本的采集和处理遵循标准流程，以确保数据的准确性和可靠性。具体而言，尿液样本被收集于50 mL聚丙烯管中，血液样本则保存于标准采血管中，并在-80°C条件下冷冻保存。所有样本在分析前均经过特定的提取和净化过程，以去除可能的干扰物质。研究中使用的NFRs包括传统类型（如MEL、CYA、AMD、AMN）和新兴类型（如苯并胍胺、三甲氧基三嗪、二氨基甲基苯三嗪），这些化合物在尿液中的浓度均被检测和量化。

为了评估NFRs对肾脏功能的影响，研究团队还分析了17项临床指标，包括血清蛋白水平、尿液蛋白含量、肾功能标志物（如血尿素氮和肌酐）以及反映肾小管和肾小球损伤的特定生物标志物。此外，研究还通过定量分析了尿液中的氧化应激标志物，如丙二醛（MDA）和亚铁离子（Fe2?），以进一步探讨NFRs是否通过铁死亡机制影响肾脏健康。

在数据分析方面，研究采用了多种统计方法，包括多元线性回归（MLR）、限制性立方样条（RCS）模型和贝叶斯核机器回归（BKMR）。这些方法不仅能够评估NFRs对肾脏生物标志物的独立影响，还能揭示其在混合暴露条件下的联合效应。同时，研究还进行了中介分析，以确定氧化应激和铁死亡是否在NFRs与肾脏损伤之间起到桥梁作用。

### 三、研究结果

研究结果显示，肾结石患者的尿液中NFRs总浓度显著高于健康对照组（中位数分别为94.3 ng/mL和28.9 ng/mL，p < 0.01）。其中，MEL在患者中占主导地位，而CYA在健康人群中最为常见。这种暴露模式的差异可能与NFRs的代谢路径、摄入途径或体内蓄积特性有关。

进一步分析表明，MEL和AMD与血清蛋白水平呈正相关，而与尿液中反映肾小管和肾小球损伤的标志物呈负相关。这一结果提示，NFRs可能通过干扰肾脏对蛋白质的处理能力，导致蛋白尿和肾功能下降。值得注意的是，AMD在多个肾损伤标志物中表现出最强且最一致的关联性，表明其可能具有更强的肾毒性效应。

在混合暴露分析中，BKMR模型揭示了NFRs对肾脏功能的联合影响。结果显示，NFRs的混合暴露与尿液中多种肾损伤标志物（如尿总蛋白、尿α1-微球蛋白、尿β2-微球蛋白）呈负相关，同时与血清蛋白水平（如白蛋白、球蛋白）呈正相关。这表明，NFRs可能通过不同的生物途径共同影响肾脏功能，例如通过改变肾小管和肾小球的结构完整性，或通过影响蛋白质代谢和血容量。

此外，研究首次在人类尿液中检测到了三甲氧基三嗪（TMTA）的存在，这一发现扩展了NFRs在人体内的暴露范围。中介分析进一步表明，CYA与肾损伤标志物之间的关联主要通过亚铁离子和MDA这一氧化应激标志物实现。这一结果为NFRs的肾毒性提供了重要的生物机制支持，即铁死亡可能是一个关键的中介过程。

在风险评估方面，研究通过计算每日摄入量（EDI）和危害商（HQ）来评估NFRs对健康的潜在影响。结果显示，患者的EDI显著高于对照组，其中MEL的EDI中位数为3074 ng/kg bw/day，CYA的EDI中位数为821 ng/kg bw/day。尽管这些水平在某些情况下仍低于目前的毒理学安全阈值，但研究指出，某些人群（如儿童、孕妇或有肾病史的人）可能面临更高的健康风险。此外，研究还发现，其他NFRs如AMD和DMT也可能对肾脏造成损伤，这提示当前的监管重点可能需要从MEL和CYA扩展到更广泛的NFRs种类。

### 四、机制探讨：氧化应激与铁死亡

铁死亡是一种由铁依赖性脂质过氧化引发的细胞死亡方式，近年来被发现与多种肾脏疾病相关。本研究通过分析尿液中的MDA和Fe2?，揭示了NFRs可能通过诱导铁死亡机制导致肾损伤。MDA作为脂质过氧化的标志物，其水平在肾结石患者中显著升高，而Fe2?的积累则可能是铁死亡的关键驱动因素。

研究发现，CYA与肾损伤标志物之间的关联主要通过Fe2?和MDA这一氧化应激通路实现。这意味着，即使在低剂量暴露下，NFRs也可能通过激活铁死亡机制，引发肾小管和肾小球的损伤。此外，AMD的暴露与尿液中多种蛋白标志物的升高呈正相关，进一步支持其作为潜在肾毒性物质的角色。

在实验研究中，NFRs已被证明能够干扰肾小管细胞的代谢过程，导致蛋白折叠异常和细胞凋亡。例如，MEL和CYA的联合暴露已被证实会导致肝细胞的线粒体功能障碍和凋亡。这些结果与本研究中观察到的肾脏损伤机制相吻合，表明NFRs可能通过多种生物途径共同作用，从而加剧肾脏损伤。

### 五、研究的公共卫生意义

本研究的发现具有重要的公共卫生意义。首先，NFRs在环境中的广泛存在（如食品、消费品和室内灰尘）意味着人类可能通过多种途径接触到这些物质。其次，研究发现，即使在低于传统毒理学阈值的暴露水平下，NFRs也可能对肾脏造成损害，这提示当前的风险评估体系可能低估了其潜在危害。此外，AMD和DMT的肾毒性效应也表明，NFRs的监管范围需要进一步扩大，以涵盖更多可能的毒性物质。

研究还强调了氧化应激和铁死亡在NFRs肾毒性中的关键作用。这一机制的发现不仅为NFRs的健康影响提供了新的视角，也为未来的干预策略提供了理论依据。例如，通过调节铁代谢或抑制脂质过氧化，可能有助于减轻NFRs对肾脏的损伤。同时，研究结果也提示，未来的环境健康研究应更加关注化学混合物的协同效应，而非单一化合物的独立作用。

### 六、研究的局限性与未来方向

尽管本研究提供了重要的流行病学证据，但仍存在一些局限性。首先，研究缺乏个体层面的暴露源数据，这使得难以精确确定NFRs的暴露途径。其次，样本的地理分布较为局限，可能影响研究结果的普遍适用性。此外，研究仅依赖部分氧化应激和铁死亡标志物进行分析，未来需要进一步拓展相关生物标志物的检测范围。

为了弥补这些不足，未来的研究应采用纵向设计，追踪个体在不同时间点的NFRs暴露水平及其对肾脏功能的影响。同时，研究应扩大样本规模，并纳入更多具有代表性的群体，如不同年龄段、不同性别和不同生活方式的人群。此外，研究还应探索更全面的生物标志物组合，以更准确地评估NFRs对肾脏的潜在危害。

### 七、结论

本研究首次揭示了NFRs混合暴露与肾脏损伤之间的潜在联系，并明确了氧化应激和铁死亡在其中的关键作用。研究结果表明，NFRs不仅可能通过形成肾小管结晶导致肾结石，还可能通过干扰蛋白质代谢和引发铁死亡机制，对肾脏功能造成深远影响。这一发现为NFRs的健康风险评估提供了新的思路，也为制定更有效的环境健康政策提供了科学依据。

未来的研究应进一步探讨NFRs与其他环境污染物（如全氟化合物、邻苯二甲酸酯和双酚A）之间的协同作用，以全面评估其对健康的综合影响。同时，针对不同人群（如儿童、孕妇和慢性肾病患者）的暴露特征和健康风险，也需要进行更深入的研究。此外，研究还应关注NFRs的代谢转化过程，以更好地理解其在体内的生物效应和毒理学意义。

总之，NFRs作为一类新兴环境污染物，其对肾脏的潜在危害值得高度重视。本研究通过结合流行病学数据和生物标志物分析，为NFRs的健康影响提供了新的证据，并为未来的研究方向和干预措施奠定了基础。在环境保护和公共卫生政策制定中，应加强对NFRs的监测和管理，以减少其对人类健康的潜在威胁。