血浆有机磷酯暴露相关microRNA表达谱及其在中国健康成年人中的功能分析

《Environmental Research》：Plasma organophosphate ester exposure-associated microRNA expression profiles and their functional analysis in Chinese healthy adults

本研究首次发现低浓度有机磷酯（OPEs）暴露与血浆miRNA表达谱改变及神经相关通路富集显著相关，提示OPEs可能通过miRNA介导神经毒性机制影响人类健康。

张旭林|张子瑞|徐宇欣|朱佳佳|陈光|曾瑞|李文婷|徐学丹|袁宇|荆涛|吴唐春|龙平平

华中科技大学同济医学院公共卫生学院，教育部环境与健康重点实验室及国家环境健康重点实验室（培育基地），职业与环境健康系，武汉，430030，中国

摘要

有机磷酸酯（OPEs）是普遍存在的环境污染物，具有潜在的健康风险。循环中的微小RNA（miRNAs）可能通过调节基因表达来介导OPEs的病理效应，但相关的人类研究有限。我们在2021年6月至7月期间进行了一项横断面研究，调查了156名来自中国十堰市健康检查中心的健康成年人血浆中13种OPEs与miRNA谱型的关联（十堰多组学研究）。参与者年龄在20至70岁之间，无心血管疾病、癌症、急性感染或近期使用抗炎药物的历史。通过线性回归分析，发现苯基二苯基磷酸（CDPP）、三（2-氯乙基）磷酸（TCEP）和三异丁基磷酸（TiBP）分别与55种、10种和9种血浆miRNAs相关。基于潜变量的混合模型显示，CDPP-TiBP-TCEP潜变量与miR-449c-5p和miR-548e-5p的下调以及miR-4433b-5p、let-7d-3p、let-7g-5p、miR-3140-3p、miR-223-5p、let-7b-3p和miR-361-5p的上调有关。此外，我们还观察到血浆和白细胞中miR-223-5p、let-7b-3p、let-7d-5p和miR-4433b-5p水平之间存在显著相关性，这支持白细胞可能是血浆miRNAs的潜在生物来源。通过将白细胞mRNA测序数据与京都基因与基因组百科全书（KEGG）、基因本体论（GO）数据库和Hallmark基因集结合，功能注释显示这些miRNAs富集在与β-淀粉样蛋白代谢过程、轴突导向和胶质瘤相关的通路中，提示OPEs在人体内可能具有神经毒性作用。本研究首次确定了与微量OPEs暴露相关的血浆miRNA谱型，强调了低水平OPEs暴露对神经调节的潜在公共卫生影响。

引言

有机磷酸酯（OPEs）常被用作阻燃剂和增塑剂，由于对其持久性和生物累积性的担忧，它们已成为多溴联苯醚（PBDEs）的替代品（Dou和Wang，2023；Bi等人，2023；Wei等人，2015）。随着其全球消费量的增加，最近的数据表明过去十年人类OPEs暴露水平显著上升（Li等人，2025；Que等人，2025）。由于OPEs的快速和广泛使用，它们在多种环境介质中频繁被检测到，包括空气（Lv等人，2022；Tao等人，2022）、灰尘（Liu等人，2023；Liu和Mabury，2019）、水（Huang等人，2024）和土壤（Huang等人，2024；Sun和Zhu，2021），以及各种人体样本中，包括血液（Gao等人，2020；Li等人，2024；X. Wang等人，2020b；Ya等人，2019）、尿液（Ding等人，2019；Jia等人，2024；Yu等人，2022）、母乳（Chen等人，2021）和头发（Tang等人，2021）。重要的是，最近在人类脑脊液中检测到了OPEs及其代谢物，这直接证明了它们能够穿过血脑屏障并进入中枢神经系统（S. Huang等人，2025）。 OPEs在人体血浆中仍然可检测到，因为它们的估计消除半衰期从几天到几周不等（X. Wang等人，2020a）。具体来说，如三（2-丁氧基乙基）磷酸（TBOEP）和三正丁基磷酸（TnBP）等芳基OPEs，以及三苯基磷酸（TPHP）等烷基OPEs的半衰期约为4至10天，而氯化OPEs，包括三（2-氯异丙基）磷酸（TCPP）、三（2-氯乙基）磷酸（TCEP）和三（1,3-二氯-2-丙基）磷酸（TDCIPP）的半衰期更长，介于15至54天之间（X. Wang等人，2020a）。尽管存在这些差异，但在日常普遍暴露下，血浆浓度可以通过反映摄入与消除之间的动态平衡来捕捉相对的内部负担（Alves等人，2014），蛋白质结合可能有助于检测到循环水平（Du等人，2024；X. Wang等人，2020a）。与此一致，先前的研究报告了选定OPEs在几周内的中等时间重复性（ICCs）（Wang等人，2019a）。此外，血浆分析通过检测母体化合物提供了更高的特异性，并直接代表了与健康结果相关的生物有效剂量（Ballesteros-Gómez等人，2015b，2015a；Phillips等人，2018）。这些特征反映在各种流行病学研究中报告的OPEs高检出率中（Gao等人，2020；Hou等人，2020；Li等人，2024；X. Wang等人，2020b；Ya等人，2019），强调了监测这些化合物在人体血浆中的重要性。 虽然传统上认为OPEs不具有持久性，但越来越多的证据表明它们与负面健康效应有关，包括乳腺癌和宫颈癌（Liu等人，2021）、高血压（Li等人，2020）和2型糖尿病（Ding等人，2023），即使在相对较低的暴露水平下也是如此。此外，新兴的流行病学证据特别将OPEs暴露与认知障碍和神经发育缺陷联系起来，强调了它们在神经退行性过程中的潜在作用（Ames等人，2025；Liu等人，2026；Zhang等人，2025）。机制研究表明，氧化应激、DNA损伤和脂质过氧化，以及涉及C反应蛋白和单核细胞的系统性炎症反应可能是OPEs毒性的关键机制（Yao等人，2021；Q. Huang等人，2025）。然而，OPEs发挥毒性的确切分子机制仍不清楚。 微小RNA（miRNAs）是转录后调节基因表达的小型非编码RNA，在细胞对环境暴露的反应和疾病过程中起着关键作用（Abolhasanzadeh等人，2024）。一个miRNA可以调节数百种mRNA，使得综合miRNA-mRNA分析成为捕捉复杂生物反应的强大工具（Wang等人，2015）。越来越多的证据表明，miRNAs介导了环境污染物（如双酚A（Chou等人，2017）、多种金属（Chen等人，2019）和邻苯二甲酸酯（Martínez-Ibarra等人，2019）与疾病（如子宫内膜癌（Chou等人，2017）、肺癌发生（Chen等人，2019）和代谢疾病（Martínez-Ibarra等人，2019）之间的关系。循环中的miRNAs作为生物标志物特别有吸引力，因为它们在体液中的稳定性、对早期病理变化的敏感性以及在大规模流行病学研究中的成本效益测量潜力（Sanlialp等人，2020）。此外，血浆和白细胞miRNA水平之间的强相关性表明白细胞可能是循环miRNAs的关键来源，从而提供了内部暴露与系统反应之间的机制联系（Chen等人，2008；Pritchard等人，2012；Yan等人，2016）。 目前，主要在动物模型中报告了OPEs引起的miRNA变化，如斑马鱼（Tran等人，2021；Tran和Kim，2020）和中国稀有鲦鱼（Hong等人，2019），观察到的miRNA变化与细胞信号传导和代谢途径有关。然而，不同物种之间的发现并不一致。据我们所知，之前没有基于人群的人类研究评估过OPEs与miRNAs的关联。鉴于人类接触的是OPEs的复杂混合物，评估个体和联合效应对于理解其生物学影响至关重要（Yan等人，2022）。 在这项研究中，我们调查了156名健康成年人血浆中13种OPEs浓度与血浆miRNA表达水平之间的关联。我们进一步使用潜变量建模探讨了混合物效应，并通过整合白细胞miRNA和mRNA表达数据与公开可用资源，研究了所识别miRNAs的潜在来源和生物学功能。总体而言，这项工作提供了首个基于人群的证据，表明血浆OPEs暴露可以改变循环miRNA谱型及相关通路，为这些新兴污染物的潜在公共卫生风险提供了新的见解。

研究人群

2021年6月至7月期间，本研究在中国湖北省十堰市的一个健康检查中心招募了160名健康个体（十堰多组学研究）。所有参与者均无已诊断的肿瘤或心血管疾病，并且在纳入研究前两周内没有感染。人口统计数据通过选定的志愿者完成的问卷收集。关于该人群的先前发表的详细信息见之前的研究（Li等人，2022）。

研究人群的一般特征

表1总结了十堰多组学研究参与者的特征。所有参与者的平均年龄为41.89岁，其中48.71%为男性。当前吸烟者和当前饮酒者分别占参与者的14.74%和30.12%。为了进一步分析，仅纳入了检测频率超过60%的OPEs。TCEP、TPHP、TPrP和CDPP的几何平均浓度分别为0.004、0.04、0.11和0.03 ng/mL。

讨论

本研究首次提供了基于人群的证据，将多种OPEs的血浆浓度与人体循环miRNA谱型联系起来。单种和混合物分析（CDPP、TiBP和TCEP）均发现了一致的失调，表现为miR-449c-5p和miR-548e-5p的下调以及miR-4433b-5p、miR-3140-3p、miR-223-5p、miR-361-5p和几个let-7家族成员的上调。通路富集表明这些miRNAs参与了β-淀粉样蛋白代谢过程和淀粉样前体蛋白的相关途径。

结论

总之，这项研究提供了新的基于人群的证据，表明即使是在微量水平下，多种OPEs的暴露也与循环miRNAs的变化有关，这些miRNAs参与了β-淀粉样蛋白代谢过程、淀粉样前体蛋白分解过程、轴突导向和胶质瘤。这些发现将毒理学观察扩展到人类群体，并强调了循环miRNAs作为环境诱导的神经毒性的有希望的生物标志物。未来的纵向和多组学研究将进一步探讨这些机制。

CRediT作者贡献声明

李文婷：研究、数据管理。 陈光：方法学、研究。 曾瑞：研究。 荆涛：写作——审阅与编辑、概念化。 吴唐春：写作——审阅与编辑、监督、资源管理、项目管理、资金获取、概念化。 徐学丹：研究、数据管理。 袁宇：写作——审阅与编辑、概念化。 徐宇欣：数据管理。 朱佳佳：方法学、研究。 龙平平：写作——审阅与编辑。

未引用的参考文献

Huang等人，2024；Huang等人，2025；Huang等人，2025。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

作者衷心感谢所有参与这项研究的个人。我们感谢华中科技大学同济医学院环境与健康重点实验室的宝贵支持。本研究得到了国家自然科学基金（82021005、81930092和82192903）和湖北石镇实验室（HSL2024SX0003）首席科学家研究项目的支持。