新污染物前沿合作系列（七） | 有机磷酸酯暴露的人群代谢谱分析与2型糖尿病风险

随着多溴二苯醚在国内外受到严格限制，有机磷酸酯（OPEs）作为替代阻燃剂被广泛应用于各类工业和消费品中，导致其在环境、生物体和人体中普遍存在。既往流行病学研究提示，某些OPEs的暴露与葡萄糖稳态受损有关。然而，在人群水平上，OPEs暴露与T2DM风险之间的关联及对代谢物的潜在影响依然缺乏系统性证据。

代谢组学作为表征机体对环境暴露响应的敏感工具，能够为揭示相关生物学机制提供重要视角。为此，本研究招募了144名T2DM患者及144名健康对照组，对受试者血清样本中的11种OPEs及其代谢轮廓进行全景式分析。

在血清等复杂生物基质中，同步实现痕量环境污染物的高灵敏定量与代谢物的全面覆盖，仍是目前仪器分析面临的重要挑战。在本研究中，岛津为OPEs靶向定量、人体血清中非靶向代谢组学、拟靶向代谢组学及靶向代谢组学提供了全面的整体解决方案：

OPEs目标物靶向分析

采用高效液相色谱-三重四极杆质谱（LCMS-8050） 测定血清中11种OPEs。样品经复合柱净化，内标法定量。方法检出限（MDL）按空白3倍标准差计算，加标回收率在54%–113%之间。每个分析批次均设置程序空白与仪器空白，以控制背景污染。

非靶向代谢组学及拟靶向代谢组学

利用超高效液相色谱-四极杆飞行时间质谱（LCMS-9030） 进行非靶向代谢组学分析。分别采用亲水相互作用色谱柱（HILIC） 与反相C18色谱柱两种分离模式，每种模式分别在正、负离子电喷雾（ESI）下采集数据。全扫描范围 m/z 60–1200，数据依赖型MS/MS采集 m/z 25–1200，碰撞能量梯度优化（5–60 V，步长5 V）。

原始数据经Met4DX提取峰。候选MRM离子对由MRM-Ion Pair Finder自动筛选，并转移至LCMS-8060，在相同LC条件下建立拟靶向方法。

代谢物注释依托MetDNA平台（中国科学院上海有机化学研究所朱正江研究员团队开发）进行分级注释（Level 1~3.1）。该平台为本研究代谢特征的结构鉴定提供了关键支撑。

靶向代谢组学

采用气相色谱-三重四极杆质谱（GCMS-TQ8050NX） 对640种低分子量代谢物（糖、氨基酸、有机酸、脂肪酸等）进行靶向分析。血清样品经甲醇/乙腈（1:1）提取，衍生化后（氧化+硅烷化），在DB-5毛细管柱上分离，MRM模式采集。

最终获得458个高质量代谢物特征用于后续统计分析。

OPEs暴露水平与T2DM风险关联

T2DM组血清Σ₁₁OPEs中位浓度（11 ng/mL）显著高于对照组（5.3 ng/mL）。氯代OPEs（TDCPP、TCPP）在两组中均为主要组分，且病例组中各OPEs同系物水平均高于对照组。

基于Firth惩罚的条件逻辑回归及BKMR模型分析，TDCPP、TBEP、TCPP与T2DM风险呈显著正相关，是混合暴露中的主要贡献者。其中，TDCPP每IQR增量的OR值为10.0（95% CI: 6.0–17），TBEP为6.7（3.7–12），TCPP为6.0（3.7–9.6）。

图1 两组中11种OPEs的浓度分布、百分比组成及同系物间相关性

代谢物的中介效应

通路富集分析

利用MetaboAnalyst 6.0（KEGG人类通路库）对上述53种共关联代谢物进行通路富集分析，共识别出8条代谢通路在OPE暴露与T2DM中均发生显著扰动，分别为：半乳糖代谢；甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢；花生四烯酸代谢；丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢；乙醛酸和二羧酸代谢；硫辛酸代谢；柠檬酸循环（TCA循环）；以及糖酵解/糖异生。

其中，丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢，以及甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢是环境污染物调控T2DM发病机制的关键节点。TCA循环和糖酵解/糖异生是T2DM病理生理的核心通路。硫辛酸代谢通路仅与TCPP暴露相关，可能通过影响β细胞功能、葡萄糖摄取和抗氧化活性参与T2DM进程。

从暴露-通路关联广度来看，TCPP与上述8条通路中的绝大多数相关，影响范围最广；TDCPP和TBEP次之。硫辛酸代谢为TCPP所特有，提示不同类型OPEs可能通过部分重叠但又各有侧重的代谢网络影响T2DM风险。

图3 通路-代谢物-OPEs的关系网络

本研究基于人群病例-对照样本，整合OPEs暴露组与血清代谢组，系统揭示了TDCPP、TBEP、TCPP三种OPEs与T2DM风险的显著关联，并发现了LysoPEs、1,5-AG、PUFAs等潜在中介代谢物及8条关键扰动通路。研究为环境新污染物OPEs的代谢健康效应提供了直接的人群证据，也为后续毒性机制研究指明方向。

岛津中国创新中心将继续致力于深耕分析质谱技术在环境健康、临床转化及代谢组学前沿研究中的应用，为基础科研与公共卫生事业提供坚实可靠的分析利器。