《Environmental Pollution》：Cadmium-associated cognitive impairment in adults: Proteomics-guided blood-based risk stratification with external validation and rat multimodal corroboration
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摘要镉暴露与认知衰退有关，但受影响社区缺乏将污染物负荷与认知风险分诊联系起来的紧凑工具。我们开发了一种基于暴露信息的血液模型，用于筛查定义的认知障碍（CI），并评估了其可迁移性和生物学合理性。在307名筛查的成年人中，198人符合条件；倾向性评分匹配产生了25名CI和25名认
摘要
镉暴露与认知衰退有关，但受影响社区缺乏将污染物负荷与认知风险分诊联系起来的紧凑工具。我们开发了一种基于暴露信息的血液模型，用于筛查定义的认知障碍（CI），并评估了其可迁移性和生物学合理性。在307名筛查的成年人中，198人符合条件；倾向性评分匹配产生了25名CI和25名认知正常参与者用于推导。血浆蛋白质组学和基于稳定性的筛选确定了一个由血清镉（Cd）、APOE ε4、高密度脂蛋白胆固醇和血浆嘌呤核苷磷酸化酶（PNP）组成的四标志物模型。该锁定模型在同一区域网络的两家医院的93名独立于建模人群的成年人中进行了测试，其中PNP通过酶联免疫吸附测定（ELISA）测量。Cd与简易精神状态检查（MMSE）得分呈现出最一致的负相关，特别是在APOE ε4携带者和老年人中。该模型的内部曲线下面积（AUC）为0.92，外部AUC为0.778（平均精度为0.729）。截距更新将Brier分数从0.591提高到0.214；0.366的校准斜率表明绝对概率需要本地调整。决策曲线分析支持在0.20至0.50阈值范围进行本地校准的分诊。暴露于镉的雄性大鼠表现出空间记忆保持缺陷、海马-前额叶去同步化，以及涉及PNP/WDR81的线粒体-突触蛋白质组学破坏。简约建模、Bootstrap稳定性评估、锁定的双点验证和敏感性分析减少了对单一分割、算法、地点或预测变量设定的依赖。剩余的不确定性涉及系数精确度、终生剂量表示、时间归因、地理校准和性别可推广性转化。这些发现支持一种检测兼容、可本地重新校准的框架，用于在类似的镉影响环境中优先进行认知评估。
引言
持续的金属污染仍然是主要的健康环境问题，因为污染物可以从工业排放、农业土壤、烟草烟雾和受污染的食物进入人体，并通过持续暴露而持续存在或反复出现。基于血液的生物标志物正在重塑神经退行性疾病的早期评估[1]、[2]，但环境暴露人群仍缺乏将测量的污染物负荷转化为专科诊断评估前的一线认知风险分层的紧凑工具。镉（Cd）是一个特别相关的例子：它没有已知的生理功能，一旦吸收难以消除，且已被证实与氧化应激、线粒体损伤、钙调节异常、炎症和神经元易损性有关[3]、[4]。因此，认知障碍（CI）不仅是导致功能衰退和痴呆的临床问题，也是易感社区中环境暴露的潜在下游信号。
最近的流行病学证据增强了与Cd相关的神经认知风险的合理性。纵向分析、基于诊所的观察和综合层面的证据均显示较高的Cd负荷与较差的认知表现、轻度认知障碍（MCI）或与痴呆相关的结局有关[5]、[6]、[7]、[8]、[9]。然而，向风险分层实践转化仍然不完整。效应估计在不同暴露介质、共暴露模式、年龄结构和结局定义间存在差异；大多数研究优先考虑暴露-结局关联，而非可部署的分诊；且在独立人类样本中的外部验证并不常见。在区域污染环境中，这些特征留下了不确定性，即如何结合Cd负荷与宿主易感性和血液分子反应，以优先对成年人进行更密切的认知监测。
蛋白质组学提供了一条将环境暴露与可测量的生物反应联系起来的路径，但其转化为可用的风险评估需要严格的方法学控制。一个有用的环境健康模型应保持简约，锚定在常规或检测兼容环境中可用的变量上，经过外部验证，在迁移后保留校准，并展示阈值特异性效用而非仅凭区分能力[10]、[11]、[12]。来自小规模配对蛋白质组学队列的候选标志物可能会因为高维度、过拟合或病例对照采样不平衡而显得有前景[13]、[14]、[15]。一种置信度标记的虚拟蛋白质组扩展可能会从有限的配对组学数据中拓宽发现[16]，但任何此类扩展都必须次于直接人体测量和基于检测的确认。这些标准对于污染物相关的CI模型尤为重要，因为其预期用途不是阿尔茨海默病的病因诊断，而是识别可能受益于随访、暴露防护和更确定性临床评估的环境暴露成年人。
实施环境也要求采用一种紧凑的、可重新校准的基于血液的方法。阿尔茨海默病及相关疾病的血液标志物正转向临床工作流程[17]、[18]，而疾病修饰治疗途径的增加增加了对更早生物学分诊的需求[19]。实施框架强调，血液检测必须能跨平台解读，跨护理环境标准化，并置于现实世界的决策路径中[20]、[21]、[22]。与此同时，最近的Cd研究完善了定量风险评估[23]、[24]，强调了老年人或性别特异性人群中的易感模式[25]、[26]，并通过突触、线粒体和应激反应途径支持了实验性Cd神经毒性[27]。以APOE为中心的生物学、APOE关联的蛋白质组网络、APOE ε4相关的血脑屏障功能障碍以及HDL相关的痴呆证据进一步支持了一个环境背景，即环境毒物可能会放大由脂质处理受损、血管功能障碍和蛋白质稳态应激所定义的易感状态[28]、[29]、[30]、[31]。
在本研究中，我们探讨常规可获取的暴露和宿主变量，加上一个血浆蛋白质标志物，是否能在受Cd影响的成年人中分层筛查定义的CI。我们结合了倾向性匹配的人类推导队列、具有酶联免疫吸附测定（ELISA）测量血浆嘌呤核苷磷酸化酶（PNP）的独立外部验证队列、二级配对跨模态虚拟蛋白质组扩展，以及慢性Cd暴露大鼠的行为、静息态功能磁共振成像（rs-fMRI）和多区域蛋白质组学分析。最终模型重点关注血清Cd、APOE ε4、高密度脂蛋白胆固醇（HDL-C）和血浆PNP。我们的目标是开发一种检测兼容、经过外部测试且可本地重新校准的风险分层框架，在保留人类队列观察性边界的同时，将环境Cd暴露与认知风险联系起来。由于无法获取淀粉样蛋白/tau蛋白分类和正式病因裁定，该模型被呈现为环境健康背景下的CI分诊工具，而非阿尔茨海默病特异性诊断检测。
章节摘要
研究设计和分析集
我们将这项转化研究设计为包括一个匹配的人类推导队列、一个独立的人类验证队列、一个二级配对跨模态虚拟蛋白质组扩展，以及一个慢性镉暴露大鼠的佐证分支。我们的人类数据集来源于对九江大学附属医院（中国江西九江）307名成年人的连续筛查；198人符合入选标准，1:1倾向性评分匹配产生了一个平衡的分析集，包括25名CI参与者
人类推导队列：临床特征和暴露信号
在未调整的全队列（n=198）进行倾向性评分匹配（25 CI和173 CN）之前，我们观察到认知障碍和认知正常受试者之间存在显著的基线不平衡（表S3）。在成功进行1:1匹配以消除这些不平衡后，在推导队列的50名倾向性匹配参与者中（25 CI和25 CN），我们观察到CI组有较重的神经精神症状负担和独特的暴露-易感性特征。详细的基线比较如下
讨论
在此，我们开发并外部评估了一个紧凑的基于血液的四标志物模型，该模型整合了血清镉、APOE ε4、HDL-C和血浆PNP，以分层来自镉影响临床环境的成年人的筛查定义认知障碍。本研究解决了一个特定的转化缺口：镉-认知关联越来越多地被记录[5]、[6]、[7]、[8]、[9]，而具有独立人类评估的简约的、检测兼容的模型仍不常见[10]、[11]、[12]。
CRediT作者贡献声明
Hao Gao：写作 – 审阅与编辑，写作 – 初稿，可视化，软件，方法论，形式化分析，数据管理，概念化。Qiwen Chen：写作 – 审阅与编辑，验证，调查。Maoqin Tian：写作 – 审阅与编辑，可视化，方法论，形式化分析。Yong Yang：可视化，软件，方法论，形式化分析，概念化。Feng Han：资源，调查，资金获取，数据管理。Yinghui Yin：写作 – 审阅与
利益冲突声明
作者声明，他们没有任何已知的竞争性财务利益或个人关系，这些关系可能会影响本论文中报告的工作。
数据可用性
汇总结果和支持性总结已提供在主文本和补充材料中。去标识化的参与者级别人类数据可根据合理请求由通讯作者提供，须遵守机构伦理批准、参与者隐私保护和适当的数据使用协议。大鼠模型实验的蛋白质组学数据，涵盖小脑分子层、海马、前额叶皮层和血浆，已存入iProX
资金资助
这项工作得到了国家自然科学基金（82460633和82260633）、江西省自然科学基金（20262BAC240201）和江西省教育厅科学技术研究项目（GJJ2201923）的支持。
利益冲突声明
作者声明，他们没有任何已知的竞争性财务利益或个人关系，这些关系可能会影响本论文中报告的工作。
Hao Gao|Hui Liu|Sheng Wan|Zhaokui Dan|Jianjun Xiong|Zelong Xing|Yinghui Yin|Feng Han|Yong Yang|Maoqin Tian|Qiwen Chen|Zhijian Hu|Zhenzhong Liu|Qihan Zhao|Shaoxin Huang
江西省细胞精准治疗重点实验室, 九江大学基础医学院, 中国江西九江 332005
