《Journal of Exposure Science & Environmental Epidemiology》：Age- and sex-stratified serum reference intervals for eight trace elements in a large Japanese screening cohort
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摘要翻译：
背景：许多血清微量元素的人群特异性、按年龄和性别分层的参考区间（reference intervals，RIs）仍然有限，制约了基于电感耦合等离子体质谱法（inductively coupled plasma mass spectrometry，
摘要翻译：
背景：许多血清微量元素的人群特异性、按年龄和性别分层的参考区间（reference intervals，RIs）仍然有限，制约了基于电感耦合等离子体质谱法（inductively coupled plasma mass spectrometry，ICP-MS）测量的临床解读。
目的：为八种微量元素（Co、As、Se、Rb、Sr、Mo、Ag和Cs）建立按年龄和性别分层的血清参考区间——此前大型日本筛查队列尚无此类数据，并评估不同设施和不同年份间的变异。
方法：研究人员采用预先设定的17元素panel，对2017–2020年间在日本12个站点参加一项可选筛查计划的成年人进行ICP-MS测量。经过年龄和资格排除、每位参与者去重保留一份样本、以及移除参与者少于20人的两个站点后，最终纳入来自10个站点的17,523名个体进行分析。从17元素panel中，预先指定了八种目标分析物用于参考区间推导。参考区间采用基于CLSI EP28-A3c导向的统计框架进行估计，使用Box–Cox变换和bootstrap 90%置信区间。合并决策由Kruskal–Wallis效应量和参考区间宽度比值指导。
结果：所有八种元素均显示与年龄和/或性别相关的变化。As和Mo在两种性别的较高年龄组中普遍较高，Ag和Cs也倾向于在较高年龄组中升高（呈非单调模式），而Rb在较高年龄组中普遍较低。Se在男性中相对稳定，但在女性中升高至60–69岁年龄组。Co在女性中高于男性，在20–49岁具有更高的参考上限。Sr参考上限在两种性别中均随年龄普遍增加，尤其在≥70岁女性中更为明显。年份间和站点间的效应量总体较小，支持合并参考区间的构建。
意义：本研究为八种既往缺乏既定日本参考区间的微量元素提供了大规模、按年龄十岁组和性别分层的描述性血清参考区间。这些区间支持对ICP-MS生物监测数据进行情境化解读。
影响声明：本研究为八种缺乏既定日本成人年龄和性别分层血清参考区间的微量元素（Co、As、Se、Rb、Sr、Mo、Ag、Cs）提供了大规模、按年龄十岁组和性别分层的描述性血清浓度区间。这些描述性区间来源于多中心筛查人群而非正式定义的健康队列，支持对基于ICP-MS的生物监测数据进行情境化解读，并为未来的毒理学和营养学评估提供了基础。
论文解读文章
一、研究背景与目的
电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）已被广泛应用于大规模人群血清微量元素生物监测研究，包括日本。此类研究表明多元素分析在评估人群暴露水平和探究临床状况方面具有重要价值。然而，血清微量元素测量的临床实用性面临一个基本缺失：许多分析物缺乏稳健的、人群特异性的参考区间（RIs），尤其是按年龄和性别分层的参考区间。尽管某些微量元素如硒（Se）、砷（As）和钼（Mo）的健康影响已被广泛研究，但其他元素如钴（Co）、铷（Rb）、锶（Sr）、银（Ag）和铯（Cs）的人群水平数据相对稀少。在日本，曾有区域研究报告了社区居住成人的12种血清微量元素浓度，日本环境与儿童研究也表征了孕妇的若干血液元素，但尚无一大型多中心研究采用统一的临床和实验室标准协会（CLSI EP28-A3c）导向框架，为该组微量元素建立全面的按年龄和性别分层的血清参考区间。
本研究的一个关键分析特征是采用靶向测量系统而非非靶向元素调查，即Metallo-Balance（MB）系统，该系统通过ICP-MS测量17种特定元素。此系统在酸消化后测量总元素浓度，与原始分子结合状态无关。然而，并非该预定义panel中的所有17种元素都适合推导新的参考区间。一些分析物已有成熟的临床测定方法和广泛的参考数据；此外，某些经ICP-MS测量的元素与标准临床标志物并不直接对应，例如常规临床磷检测测定无机磷酸盐，而消化法ICP-MS定量总元素磷。因此，本研究旨在为17元素panel中的八种特定分析物（Co、As、Se、Rb、Sr、Mo、Ag、Cs）建立按年龄十岁组和性别分层的血清参考区间，因为这些元素缺乏日本一般成人人群的既定年龄和性别分层血清参考区间，且在此工作流程中具有分析可解读性。此外，研究人员评估了不同采集年份和不同研究地点之间数据的异质性，以确定构建合并参考区间在统计学上是否适当。
二、研究方法概述
研究人群来源于2017–2020年间在日本Metallo-Balance筛查网络中参加可选血清微量元素筛查计划的19,845条样本记录。经年龄排除（<20岁，n=14）、17元素panel不完整（n=6）、最早样本不符合资格标准（n=2）以及每位参与者保留最早有效样本的去重处理（n=2272）后，剩余12个采集点的17,551名独特参与者；随后排除少于20名参与者的两个站点，最终分析样本为来自10个站点的17,523名个体。大多数参与者通过Renatech Co., Ltd.运营的诊所招募。参与者在入组前需填写申请材料，自我排除可能影响血清微量元素浓度的状况，如妊娠或产后6个月内、正在接受癌症治疗或过去一年内完成治疗、透析、骨折、血液疾病、免疫缺陷或急性疾病等。血清样本经硝酸和过氧化氢消化后使用Agilent 7800 ICP-MS系统测量17种元素，采用氢反应模式或氦碰撞模式，并使用Seronorm? Trace Element Serum Level 1作为质量控制材料。核心统计方法包括：对每种元素和亚组应用Box–Cox变换以近似正态分布，通过最大似然估计最优λ参数，计算变换后均值±1.96 SD对应的2.5th和97.5th百分位数并反变换回原始尺度；采用bootstrap 90%置信区间（B=2000）；使用LAVE方法进行极端值剔除，其边界由Q1?k×MAD×1.4826和Q3+k×MAD×1.4826定义（k=3，最多三次迭代）。在合并年份和站点数据前，使用Kruskal–Wallis H检验评估同质性，效应量以η2量化，并应用EFLM 1/6标准（RI宽度比率<17%视为可忽略）评估实际显著性。由于神奈川县占分析样本的60.3%，且部分站点特异性RI宽度比率超过17%，额外进行了排除所有神奈川县参与者的敏感性分析。
三、研究结果
1. 缺失值和异常值排除：LAVE程序在每种性别组内独立应用，剔除异常值后，各元素的保留样本量分别为：Co 14,904、As 16,682、Se 17,412、Rb 17,494、Sr 17,365、Mo 17,142、Ag 16,420、Cs 17,416。
2. 日本成人血清八种微量元素浓度：合并队列中Co、As、Se、Rb、Sr、Mo、Ag和Cs的中位浓度（四分位距）分别为0.105（0.086–0.132）、1.66（1.01–2.70）、136（127–147）、162（145–181）、29.3（24.1–35.8）、0.969（0.780–1.204）、0.196（0.121–0.315）和0.679（0.569–0.813）μg/L。所有八种元素均呈右偏分布，Ag相对离散度最大（≈15.9），Se最小（≈1.6）。性别分层显示，Co在女性中较高（0.114 vs 0.095 μg/L），而As、Se、Rb、Sr、Mo、Ag和Cs在男性中较高，As和Se的性别差异最明显。对六个低于检测限的Ag值进行LOD/2替代的敏感性分析显示，参考限变化极小，所有bootstrap置信区间重叠，表明Ag参考区间对低于检测限值的处理方式稳健。
3. 年份和站点间的同质性：跨采集年份（2017–2020）的Kruskal–Wallis检验显示所有八种元素的效应量均可忽略（η2范围：0.0007–0.0124），所有RI宽度比率均低于EFLM 17%标准（最大10.8%），因此合并了所有年份数据。对于站点因素，效应量同样较小（η2范围：0.0045–0.0114），尽管Cs、Rb和Se的RI宽度比率超过17%阈值（分别为33.8%、25.2%和23.4%），但所有η2值均低于0.06，判断站点间差异缺乏实际临床意义。排除神奈川站点的敏感性分析显示，所有八种元素的参考限差异均小于合并RI宽度的5%，表明合并参考区间对站点组成具有稳健性。
4. 参考区间：总体（性别合并）参考区间及90% bootstrap置信区间已建立。元素间Spearman相关性普遍较弱（|r|<0.20），仅Rb与Cs（r=0.559）和As与Sr（r=0.288）相关性较高。性别和年龄十岁分层（20–29、30–39、40–49、50–59、60–69、70–79、≥80岁）的参考区间显示：As、Sr和Mo在两种性别的较高年龄组中参考限普遍较高；Ag和Cs也倾向于在较高年龄组中升高，但十岁组特异性模式呈非单调性；Rb在较高年龄组中普遍较低；Se呈性别依赖性模式，男性各年龄组参考限基本稳定，女性则升高至60–69岁年龄组后下降。女性Co的上参考限在20–49岁较高，50–69岁较低，而男性参考限随年龄相对稳定。按采集年份和采集设施分层的分析确认女性Co轨迹在所有分层中均可重现，回归线保持平行并位于合并±2 SD带内。
四、讨论与结论
讨论部分对每种元素的年龄和性别模式进行了机制性解释。钴在女性中持续较高，可能与女性肾Co清除率低于男性以及铁状态与肠道Co吸收之间的相互作用有关，绝经后月经性铁丢失停止可能降低DMT1介导的Co吸收刺激，与50岁后血清Co下降一致。As、Mo、Ag和Cs随年龄升高可能反映年龄相关的肾小球滤过率下降和/或组织水平隔离；Mo的男性优势与日本尿钼调查结果一致；Ag的组织沉积被认为基本不可逆，且与牙科汞合金填充物数量相关；Cs作为K?类似物，年龄相关升高可能归因于累积性饮食负荷进入大的细胞内贮库。Se在女性中绝经前后的轨迹可能与硒蛋白P（SELENOP）的组织优先级动态有关，生殖期Se向子宫和胎盘的转移减少绝经后循环中Se的需求，导致进行性累积。Sr在≥70岁女性中的加速升高可能反映绝经后骨吸收释放骨骼贮存的Sr。
本研究存在若干局限性：参考人群来自可选商业筛查计划，参与者为自选志愿者而非严格表型的健康参考人群；未进行标准化临床检查；源人群地理分布不均，神奈川县占比较高；可用变量仅限于年龄、性别、采集站点、采集年份和血清微量元素浓度，缺乏肾功能、绝经状态、饮食、吸烟、职业、用药和合并症信息；横断面设计无法推断因果关系；ICP-MS工作流程量化总元素浓度，不应解读为等同于临床标准化的组分特异性测量；Co异常值去除比例最高（约15%）；砷未进行形态分析。
结论：本研究为日本成人提供了八种缺乏既定年龄和性别分层血清参考区间的微量元素（Co、As、Se、Rb、Sr、Mo、Ag、Cs）的大规模、按年龄十岁组和性别分层的血清参考区间。需特别指出，所报告的砷值为总血清砷且未经化学形态分析，日本人群膳食砷主要来自海产品，多为有机低毒性物种如砷甜菜碱，因此这些总砷参考区间不应直接用于无机砷暴露或风险评估。总体而言，这些区间为解读日本基于ICP-MS的血清微量元素测量提供了实用参考框架，并为未来在更多表型完善的队列和其他人群中的验证奠定了基础。该论文发表在《Journal of Exposure Science & Environmental Epidemiology》。
