挥发性有机化合物对肌肉减少症的独立与联合效应:环境污染物与肌肉健康的关联洞察

【字体: 时间:2025年05月19日 来源:Ecotoxicology and Environmental Safety 6.2

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  为探究 VOCs 暴露与肌肉减少症(sarcopenia)的关联,研究人员基于 NHANES 数据,运用 Logistic 回归、RCS、WQS、BKMR 等模型,分析单个及混合 VOCs 影响。发现特定 VOCs(如 DHBMA)与肌少症显著相关,混合暴露具协同效应,炎症、氧化应激等参与介导,为肌少症防控提供新方向。

  
随着全球老龄化加剧,肌肉减少症(一种以肌肉质量、力量和功能进行性丧失为特征的骨骼肌疾病)已成为威胁老年人健康的重要公共卫生问题。其病因复杂,传统风险因素如营养不良、慢性疾病等已被广泛认知,但环境污染物的影响却长期未被充分重视。此前研究虽提及重金属、空气污染物等与肌少症相关,但针对挥发性有机化合物(VOCs)这一普遍存在的环境污染物,其与肌少症的关联及作用机制仍不明确,尤其是混合 VOCs 暴露的协同效应和潜在生物通路缺乏系统性研究。

为填补这一空白,研究人员基于美国国家健康与营养检查调查(NHANES)的全国代表性数据,开展了一项综合性研究。该研究旨在明确单个 VOCs 及混合 VOCs 暴露与肌少症的关联,探索其剂量 - 反应关系,并揭示潜在的生物学机制。研究成果发表在《Ecotoxicology and Environmental Safety》,为环境污染物与肌肉健康的关联提供了重要科学依据。

研究主要采用以下关键技术方法:

  1. 数据来源与样本筛选:纳入 2011-2018 年 NHANES 中 20 岁以上参与者,经排除标准后最终分析样本 2544 例,通过双能 X 线吸收法(DXA)测定四肢瘦体重(ALM),结合 BMI 计算 ALM/BMI 比值诊断肌少症。
  2. VOCs 暴露评估:检测尿中 VOC 代谢物浓度,经肌酐校正和对数转换后,采用超高效液相色谱 - 电喷雾串联质谱(UPLC-ESI/MSMS)分析,最终纳入 16 种代谢物。
  3. 统计与生物信息学分析:运用 Logistic 回归分析单个 VOCs 与肌少症的关联,限制立方样条(RCS)评估剂量反应,加权分位数和(WQS)与贝叶斯核机器回归(BKMR)分析混合效应,中介分析探讨炎症(WBC、中性粒细胞)、氧化应激(GGT、总胆红素)和肾功能(eGFR)的作用,结合 GO、KEGG 富集和蛋白 - 蛋白相互作用(PPI)网络筛选关键靶点和通路。

3.1 研究人群特征


研究共纳入 2544 名参与者,肌少症总体患病率 6.90%,男性略高于女性。肌少症组年龄更大,西班牙裔比例更高,高血压、糖尿病患病率及 BMI 值显著升高,教育程度较低,体力活动较少。基线特征对比显示选择偏倚风险较低。

3.2 单个 VOCs 与肌少症的关联


Logistic 回归显示,调整混杂因素后,11 种 VOCs 与肌少症风险显著相关,其中 DHBMA 的优势比(OR)最高(2.71, 95% CI: 1.62–4.55)。四分位数分析表明,AMCC、ATCA、CYMA 等多种 VOCs 的高暴露组风险显著增加。RCS 分析发现,2HPMA 和 34MHA 与肌少症呈非线性关联,其余 9 种为线性关系。

3.3 VOCs 混合物的联合效应


LASSO 回归筛选出 12 种关键 VOCs,WQS 模型显示混合暴露的 OR 为 1.64(95% CI: 1.14–2.36),34MHA、3HPMA 和 DHBMA 为主要贡献者。BKMR 分析进一步证实累积暴露与肌少症的正相关,DHBMA 的后验包含概率(PIP)最高,且无显著交互作用。

3.4 中介机制


中介分析显示,炎症(WBC、中性粒细胞)、氧化应激(总胆红素)和肾功能(eGFR)分别介导 4.67%–11.00% 的关联,提示 VOCs 可能通过这些途径促进肌肉退化。

3.5 生物信息学分析


通过比较毒理基因组学数据库,鉴定出 844 个 VOC 与肌少症的共同靶点。GO 分析富集于包涵体组装、mRNA 转录等生物过程,KEGG 通路聚焦于细胞凋亡(如 “apoptosis-multiple species”)和能量代谢。PPI 网络筛选出 TP53、CASP3、BCL2 等关键凋亡相关枢纽蛋白,表明细胞凋亡通路是 VOCs 诱导肌少症的核心机制。

3.6 敏感性与亚组分析


多种敏感性分析验证了结果的稳健性。亚组分析显示,ATCA 对女性肌少症的影响更强,2MHA 和 34MHA 的作用存在种族差异(非西班牙裔黑人与白人),年龄和吸烟状态无显著交互作用。

研究结论与意义
本研究首次系统证实 VOCs 暴露与肌少症的显著关联,混合 VOCs 的协同效应加剧肌肉退化风险,其机制与炎症、氧化应激、肾功能损伤及细胞凋亡通路密切相关。研究结果不仅拓展了环境污染物与肌肉健康的科学认知,也为制定 VOCs 暴露防控策略(如工业排放监管、室内通风改善)提供了直接证据,对老龄化社会的肌少症预防具有重要公共卫生意义。未来需进一步开展纵向研究验证因果关系,并结合多组学技术深入解析分子机制,为精准干预奠定基础。

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