全面的代谢组学研究揭示了中国柴油废气暴露工人中的糖脂代谢紊乱及潜在生物标志物：一项队列研究

《Ecotoxicology and Environmental Safety》：Comprehensive metabolomics reveals glycolipid metabolic disturbance and potential biomarkers in Chinese diesel exhaust-exposed workers: A cohort study

柴油尾气暴露通过靶向和脂质组学分析揭示了血浆氨基酸、脂肪酸及脂质代谢紊乱，影响肝功能及糖脂代谢，并鉴定出 Alanine、AcCa(21:1) 和 PC(38:1) 等潜在生物标志物。

　　柴油废气（DE）是交通相关空气污染（TRAP）的重要来源，长期以来被确认为对人体健康产生多种负面影响的环境因素之一。DE主要由颗粒物（PM）和气体成分组成，其中颗粒物中含有大量有毒化合物，如多环芳烃（PAHs）和重金属。由于柴油发动机在许多职业环境中广泛应用，包括采矿、交通运输、农业、渔业和建筑等行业，因此人类在这些工作场所中经常面临DE的暴露。此外，DE在城市空气污染中占据重要地位，其颗粒物（特别是PM2.5）可占城市大气中总颗粒物的40%。因此，DE对人类健康的威胁不仅局限于特定职业群体，也对城市居民构成了普遍的健康风险。

本研究基于柴油发动机测试人员（DETs）的队列数据，首次从代谢学角度揭示了DE暴露与糖脂代谢紊乱之间的联系。通过整合靶向代谢组学分析和非靶向脂质组学方法，研究团队系统地评估了DE暴露对人类血浆代谢谱的影响。研究发现，DE暴露不仅影响肝脏功能，还干扰了糖和脂代谢过程。具体而言，8种氨基酸、3种脂肪酸以及36种脂质被识别为差异代谢物，这些变化进一步表明了糖脂代谢的受损，为DE暴露带来的不良健康风险提供了有力证据，包括胰岛素抵抗、心血管疾病（CVDs）、肝病和神经毒性等。

研究团队还利用机器学习方法识别了可能介导DE暴露与糖脂代谢紊乱之间关系的代谢物。通过中介分析和验证队列的进一步评估，发现丙氨酸（Ala）、酰基肉碱（AcCa）和磷脂酰胆碱（PC）可能作为DE暴露导致血糖水平变化的早期预测生物标志物。这些生物标志物的发现不仅有助于早期识别DE暴露带来的健康风险，也为TRAP相关疾病的预防和监测提供了理论依据和潜在工具。

在方法学方面，本研究采用靶向代谢组学和非靶向脂质组学相结合的方式，对DE暴露的健康影响进行了深入探讨。通过采集研究对象的血液和尿液样本，研究人员测量了与DE暴露相关的多种临床指标，如丙氨酸氨基转移酶（AST）、天门冬氨酸氨基转移酶（ALT）、低密度脂蛋白胆固醇（LDL-C）、高密度脂蛋白胆固醇（HDL-C）、甘油三酯（TG）、总胆固醇（TC）和空腹血糖（FBG）。研究中还采用了多种统计方法，包括广义线性模型（GLM）、多元线性回归（MLR）和LASSO回归算法，以评估DE暴露与代谢物变化之间的关系，并排除了年龄、体重指数（BMI）、吸烟和饮酒等混杂因素的影响。

此外，研究团队还利用Spearman相关性分析评估了差异代谢物与临床指标之间的关系，以及这些代谢物与DE内部暴露标志物1-羟基芘（1-OH-Pyr）的关联。结果显示，某些代谢物与1-OH-Pyr呈现显著相关性，进一步支持了DE暴露对代谢过程的干扰。为了验证这些生物标志物的预测能力，研究团队构建了受试者工作特征（ROC）曲线，并计算了曲线下面积（AUC），结果显示这些代谢物在预测DE暴露引起的血糖变化方面具有较高的准确性和特异性。

研究发现，DE暴露导致血浆中多种代谢物的变化，这些变化不仅涉及氨基酸和脂肪酸，还包括脂质组中的多个类别。例如，DE暴露使得血浆中的甘油三酯（TG）水平升高，同时某些饱和脂肪酸如月桂酸（C12:0）和花生四烯酸（AA）的浓度也发生变化。此外，DE暴露还影响了鞘脂类（sphingolipids）和甘油磷脂（glycerophospholipids）的代谢，这些变化可能与肝脏功能受损、血管炎症以及动脉粥样硬化等疾病有关。特别是，DE暴露引起的鞘脂类代谢异常可能与肝脏疾病的发生密切相关，而甘油磷脂的变化则可能促进血管炎症和动脉粥样硬化的进程。

值得注意的是，DE暴露还对神经调节脂质（如初级脂肪酸酰胺，PFAAs）产生影响，这些脂质在调节睡眠、疼痛、炎症和血压等生理过程中起着重要作用。研究发现，DE暴露导致这些神经调节脂质的水平发生变化，可能与DE的神经毒性作用相关。此外，DE暴露还与胰岛素抵抗和糖耐量受损密切相关，这可能与某些氨基酸（如丙氨酸）和脂肪酸（如长链酰基肉碱）的代谢异常有关。

尽管本研究取得了重要进展，但其仍存在一定的局限性。首先，DE暴露的评估依赖于1-OH-Pyr这一单一生物标志物，而DE作为复杂的混合物，可能包含多种有害成分，单一标志物可能无法全面反映暴露的复杂性。其次，本研究仅限于男性DETs，因此研究结果可能无法推广至女性或其他DE暴露人群。此外，由于缺乏干预措施和长期随访数据，研究结论主要基于横断面或观察性数据，无法完全确定因果关系。最后，尽管验证队列数据支持了某些生物标志物的预测能力，但该队列样本量较小，因此未来需要更大规模的人群研究和毒理实验来进一步验证这些生物标志物的可靠性。

综上所述，本研究揭示了DE暴露对人类糖脂代谢的干扰作用，并识别了可能作为早期预测生物标志物的代谢物。这些发现不仅为理解DE的健康影响提供了新的视角，也为TRAP相关疾病的预防和监测提供了潜在的工具。未来的研究应进一步探讨DE暴露的多维度影响，并结合更广泛的人群样本和更全面的暴露评估方法，以更准确地评估DE对健康的潜在风险。