非靶向分析化学暴露组与早产的关系：一项胎盘和母体血清的初步研究

《Environment & Health》：Nontargeted Analysis of the Chemical Exposome in Preterm Birth: A Pilot Study of Placenta and Maternal Serum

　　

专业术语翻译的论文摘要 早产是新生儿发病率和死亡率的主要原因，然而化学暴露在其病因学中的作用仍知之甚少。研究人员假设，对配对的母体血清和胎盘进行非靶向化学分析将揭示与早产相关的独特暴露特征和代谢紊乱。研究人员分析了来自美国纽约市83名孕妇（其中30名早产，孕周<37周）的配对母体血清和胎盘样本，采用超高效液相色谱-轨道阱高分辨质谱法（UHPLC-Orbitrap HRMS）进行非靶向分析（NTA）。研究人员确认了29种化学品（1级），其中28种为外源性物质，初步鉴定了1012个峰特征（2级），并通过计算机模拟（in silico）注释了1180个特征（3级）。本研究中检测到的五种经1级确认的外源性化学品（即十二烷基三甲基铵、N,N-二甲基癸胺氧化物、砜嘧磺隆、三苯基氧化膦和2,6-二氯苯甲酰胺）以及208种初步鉴定的2级化学品，似乎此前未在人血样本中被检测到。研究人员在血清和胎盘中分别鉴定出119个和170个显著差异富集的特征（经Benjamini-Hochberg校正后 p < 0.05）。血清样本显示，在早产中谷胱甘肽、色氨酸、丙酮酸、花生四烯酸和磷脂通路发生了改变。研究人员的数据表明，化学暴露可能共同放大了与早产相关的氧化应激、脂质代谢和氨基酸分解代谢中的代谢脆弱性。

论文解读文章

研究背景与研究目的

早产是全球范围内导致新生儿发病和死亡的首要原因，但其复杂的病因机制尚不完全清楚。越来越多的证据表明，孕期化学暴露是影响胎儿发育和妊娠结局的重要风险因素。尽管已有研究关注特定类别污染物（如持久性有机污染物、酚类、邻苯二甲酸酯）的暴露效应，但孕妇实际接触的化学品种类繁多，绝大多数尚未被系统监测和研究。传统的靶向分析方法只能检测有限数量的已知化合物，难以全面评估真实的“化学暴露组”。此外，多数研究仅依赖母体尿液或血液等单一生物样本，而胎盘作为连接母体和胎儿的关键器官，能够提供累积性暴露和局部代谢活动的独特信息，其在暴露组学研究中的应用相对不足。因此，本研究旨在通过对配对母体血清和胎盘组织进行非靶向化学分析，描绘与早产相关的化学暴露特征和代谢扰动图谱，探索环境化学物与内源性代谢紊乱在早产发生发展中的潜在作用。

研究方法与技术路线

本研究使用了来自纽约大学儿童健康与环境研究（NYU CHES）队列的83名孕妇的配对母体血清和胎盘样本。研究采用了基于超高效液相色谱-轨道阱高分辨质谱（UHPLC-Orbitrap HRMS）的非靶向分析技术。关键技术方法包括：对胎盘组织进行甲醇超声提取，对血清样本进行甲醇沉淀蛋白处理，并使用Oasis HLB固相萃取柱进行净化。质谱数据采集使用Full MS/data-dependent MS²模式。数据处理流程涉及使用MS-DIAL软件进行峰提取、解卷积和对齐，随后通过Python进行批次校正（ComBat算法）、缺失值插补和统计分析。化学品的注释遵循Schymanski等人提出的置信度框架，通过与标准品比对（1级）、谱库匹配（2级）和计算机模拟碎裂（3级）等方法实现。此外，研究还应用了Kendrick质量亏损（KMD）分析来探索未知化合物的结构关系。

主要研究结果

3.1. 峰特征注释与确认

研究共确认了29个1级峰特征，其中28个为外源性化学物。初步鉴定了1012个2级峰特征，并通过计算机模拟注释了1180个3级峰特征。这些化合物涵盖工业表面活性剂、农药、塑料添加剂、含氟化合物和个人护理产品成分等广泛类别。值得注意的是，有5种经1级确认的外源性化学物和208种2级化学物在现有的人血暴露组数据库（BEDB）中未有报道，提示了新的暴露源。

3.2. 差异分析

总体而言，早产与足月产样本间的平均化学丰度高度相关，但主成分分析（PCA）显示两组间存在显著差异，表明存在潜在的代谢组/暴露组区别。血清和胎盘中显著差异的特征几乎没有重叠。

3.2.1. 血清中早产与足月产的差异

研究人员在血清中鉴定出119个显著差异的化学特征。聚类分析显示，早产组中富集的代谢物包括谷胱甘肽、L-多巴（L-DOPA）以及一些外源性物质如己二酸、癸二酸等，暗示了氧化应激反应增强和代谢调节的改变。足月产组中富集的代谢物包括甘油磷酸乙醇胺（GPE）和γ-谷氨酰甲硫氨酸等，其水平降低可能与早产中的磷脂代谢紊乱和抗氧化防御受损有关。通路富集分析揭示了谷胱甘肽代谢、丙酮酸代谢、花生四烯酸代谢、色氨酸代谢和酪氨酸代谢等通路的显著变化，强调了氧化应激、炎症和能量代谢失调在早产中的重要性。KMD分析表明，超过60%的差异特征未被注释，显示出巨大的化学多样性。

3.2.2. 胎盘中早产与足月产的差异

在胎盘中，研究人员鉴定出170个显著差异的化学特征。聚类分析显示，早产组中含量升高的化合物包括7-甲基黄嘌呤（可能与早产儿呼吸暂停治疗有关）和劳拉西泮（一种苯二氮卓类药物）。早产组中含量降低的化合物包括磷脂酰胆碱的前体——磷酸胆碱，以及尸胺（一种主要由肠道菌群产生的多胺），这提示了胎盘脂质代谢和多胺代谢的异常。与血清不同，胎盘样本中未发现显著富集的代谢通路，这可能反映了两种基质不同的生物学角色和代谢动态。

讨论与结论

本研究通过非靶向分析技术，首次系统地描绘了早产与足月产孕妇在母体血清和胎盘组织中的化学暴露组和代谢组特征。研究发现，尽管单个确认的外源性污染物在两组间无统计学差异，但整体的化学图谱和代谢通路存在显著差异。血清中的差异主要集中于氧化应激、炎症、氨基酸和脂质代谢通路，而胎盘则表现出独特的局部代谢扰动，尤其在磷脂代谢方面。这些发现表明，多种化学物的联合暴露可能通过加剧氧化应激、干扰脂质和氨基酸代谢等途径，共同增加了早产的风险。

研究的局限性在于样本量较小，特别是早产病例数有限，可能导致统计效力不足，无法检测到某些化学物与早产之间的微弱关联。同时，大量差异特征未能得到结构注释，限制了对其来源和功能的深入理解。此外，缺乏详细的暴露源信息（如饮食、用药史）也使得无法追溯污染物的具体来源。

研究结论：本研究提供了对早产和足月产母体血清及胎盘样本的全面非靶向暴露组和代谢组表征。研究确认了28种外源性化学物，突显了孕期环境暴露的多样性和普遍性。虽然单个外源性污染物在早产和足月产间无显著差异，但非靶向分析揭示了更广泛的化学谱差异。通路富集分析强调了谷胱甘肽代谢、氨基酸代谢、花生四烯酸代谢和磷脂生物合成等通路的紊乱，表明早产伴随有氧化应激、炎症、脂质调节和能量代谢的改变。胎盘和血清呈现出不同的代谢特征，反映了它们不同的生物学功能。鉴于有限的样本量，这些发现应被视为假说生成性的，需要在更大规模的独立队列中进行验证。