锂镍锰钴氧化物(NCM)暴露通过代谢组学调控加速生物衰老的机制研究

《Ecotoxicology and Environmental Safety》：Effects of lithium nickel manganese cobalt oxide exposure on biological age acceleration: Insights from metabolomics

为解决新能源材料锂镍锰钴氧化物(NCM)暴露对人体健康的潜在危害问题，研究人员通过流行病学调查结合代谢组学分析，首次揭示NCM暴露通过改变甘油三酯(TAG)和多元不饱和脂肪酸(PUFA)代谢加速生物年龄(BAA)的机制，其中锂(Li)是关键毒性组分，5种代谢物介导18.10%-89.40%的衰老效应，为职业暴露人群健康监测提供新靶点。

　　

在新能源产业快速发展的背景下，锂镍锰钴氧化物(NCM)作为锂离子电池核心材料被广泛应用，但其潜在健康风险长期缺乏系统评估。这种含锂(Li)、镍(Ni)、钴(Co)、锰(Mn)的复合金属材料，其组分已知具有神经毒性、肝肾损伤等风险，但作为混合物的健康效应仍属未知。更关键的是，传统疾病监测难以捕捉早期健康损害，而生物年龄加速(Biological Age Acceleration, BAA)作为反映环境暴露累积效应的敏感指标，或能揭示NCM的潜在危害。

广东省职业病防治院的研究团队在《Ecotoxicology and Environmental Safety》发表重要成果，首次通过多维度暴露评估结合代谢组学，揭示NCM暴露通过特定代谢通路加速衰老的机制。研究采用三种暴露评估方法：职业接触分级、尿液金属生物标志物检测（Li/Ni/Co/Mn）及关键组分Li专项分析；通过Klemera-Doubal算法计算BAA；并运用倾向评分匹配(PSM)从860名NCM生产工人中选取100人进行非靶向代谢组学分析，采用"中间相遇"(meet-in-the-middle)策略筛选关联代谢物。

关键技术包括：1）基于职业史的暴露分级与ICP-MS尿液金属检测；2）整合11项临床指标的BAA计算模型；3）UHPLC-Q Exactive质谱的非靶向代谢组学；4）广义加权分位数和回归(gWQS)与基于分位数的g计算(QGcomp)多暴露模型；5）中介效应分析验证代谢物作用。

研究结果呈现三大发现：

1. NCM暴露与BAA的剂量效应关系
   高暴露组BAA显著高于低暴露组（中位数0.11 vs -0.32岁），且随金属混合物暴露水平呈明显剂量反应。Li在gWQS模型中贡献权重达0.793，被确定为关键毒性组分。

2. 代谢紊乱特征
   OPLS-DA分析显示暴露组代谢谱显著改变，鉴定出114-138种差异代谢物（FDR<0.05），主要富集于不饱和脂肪酸合成通路。其中28种代谢物与NCM暴露和BAA双重关联，包括18种甘油三酯(TAG)和3种多不饱和脂肪酸(PUFA)。

3. 关键代谢物的中介作用
   TG(50:0)-TG(18:0/16:0/16:0)等5种代谢物介导18.10%-89.40%的NCM-BAA关联。TAG类普遍起正向介导作用，而二十碳二烯酸(eicosadienoic acid)等PUFA则呈现负向调节。

讨论部分指出，该研究首次建立NCM暴露与衰老加速的流行病学证据链：

• 毒性机制：Li主导的金属混合物通过扰动脂代谢促进衰老，TAG积累可能激活炎症（如NF-κB通路），而PUFA减少削弱抗炎保护，形成促衰老微环境。
• 应用价值：发现的5种关键代谢物可作为早期生物标志物，为职业健康监测提供新工具。
• 创新性：突破单一金属研究局限，揭示混合物效应；将衰老指标引入职业医学评估，推动预防关口前移。

该研究为新能源材料安全使用提供重要科学依据，后续需通过队列研究验证因果关系，并探索针对性干预措施。代谢组学策略也为环境暴露组学研究开辟了新思路。