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文章发表|斯里兰卡不明病因慢性肾病(CKDu)患病率与地下水溶解有机质的分子联系
发布时间:2022-09-30

斯里兰卡CKDu患病率与地下水溶解有机质的分子联系


原创作者:曾宪江,何伟等


【导读】

    CKD是全球重大公共卫生问题之一。在中美洲、印度、斯里兰卡等地报道了一种与上述病因无关的CKD,即CKDu,它通常在以地下水为主要水源的干旱地区流行。最近的研究报道,CKDu 的出现似乎与地下水DOM有关。本课题的前期研究也发现CKDu地下水含有大量的类腐殖质物质(C1),并可通过C1的丰度(C1%)来识别CKDu地下水。然而,由于DOM的分子组成不同,C1%的识别机制尚不清楚,迫切需要揭示CKDu与DOM的分子特征及其反应性之间的联系。本研究在“地下水中CKDu致病因子的富集机理、摄入途径及治理技术”国际(地区)合作与交流项目的支持下,与斯里兰卡Meththika Vithanage副教授合作针对Girandurukotte(CKDu高发区)、Dehiattakandiya(CKDu高发区)、Sewanagala(对照区)地区开展了丰水期采样,尝试在分子水平上研究DOM和CKDu之间可能存在的联系,为追溯CKDu病因、快速筛查潜在CKDu地下水提供了科学支撑。

图1 概念模型图(来源:Springer)


    本研究于2020年、2021年在斯里兰卡分别采集了CKDu、non-CKDu地下水、地表水,利用傅里叶变换离子回旋共振质谱查明了CKDu地下水和non-CKDu地下水的DOM分子特征差异,揭示了DOM分子与CKDu的关联,并进一步探索了特定DOM分子及相关指标对CKDu地下水的识别能力。

 

    (1)CKDu地下水的O/Cwa、NOSCwa、AImodwa、DBEwa、MMwa、CDI比non-CKDu地下水更高,但H/Cwa更低,说明CKDu地下水中DOM分子较多且复杂,包含更多芳香、腐殖化、氧化、高分子量的有机分子,但是不稳定、饱和的有机分子较少。相比non-CKDu地下水,CKDu地下水中芳香化合物含量较高(AS,15.4%±1.9% vs.13.8%±3.0%),脂肪烃较少(AL,8.2%±1.3% vs.11.5%±3.4%),这意味着CKDu地下水更可能包含芳香有毒物质,例如邻苯二甲酸盐。

图2 CKDu地下水与non-CKDu地下水的DOM分子属性(来源:Springer)


    (2)地下水的AS/AL和通常与CKDu相关的化学成分Ca2+、F-和Si呈显着正相关,表明CKDu地下水中的DOM可能通过络合作用、离子交换等方式来促进CKDu。统计分析表明,随着分子簇中AS含量的增加以及AL含量的减少,分子簇与CKDu相关环境因子的联系也随之增加。

图3 AS/AL与Ca2+、F-、Si、C1%的关系(来源:Springer)

 

4 共同分子与CKDu环境相关因子的Spearman相关性分析和聚类分析(来源:Springer)


    (3)受试者特征曲线(ROC)分析显示CHONS丰度(0.738)、AS/AL(0.762)、PC1得分(0.761)的AUC均超过0.7,可用于CKDu地下水的识别,最佳识别阈值分别为9.03%、1.43、-0.18。由于AS/AL的AUC最高,认为AS/AL是最合适的CKDu地下水识别指标。

图5 CHONS、AS/AL、PC1得分的ROC曲线(来源:Springer)


    上述成果发表于水资源领域1区期刊Exposure and Health。该研究获得国家自然科学基金(41861144027、41825017、42177201)、高等学校学科创新引智计划(“111”计划)(B20010)、中央高校基本科研业务费专项资金(265QZ2021004)以及斯里兰卡国家科学基金(ICRP/NSF-NSFC/2019/BS/01)的支持。

 

【参考文献】

[1] Zeng, X.J., He, W., Guo, H.M., He, C., Shi, Q., Shi, Q.T., Meththika, V., 2022. Molecular linkage of dissolved organic matter in groundwater with prevalence of chronic kidney disease with unknown etiology. Expos. Health, https://doi.org/10.1007/s12403-022-00509-w 

[2] Zeng, X.J., He, W., Guo, H.M., Shi, Q.T., Zheng, Y.X., Meththika, V., Jin, H., 2022. Recognizing the groundwater related to chronic kidney disease of unknown etiology by humic-like organic matter. npj Clean Water 5, 8.

[3] Hettithanthri, O., Sandanayake, S., Magana-Arachchi, D., Wanigatunge, R., Rajapaksha, A.U., Zeng, X.J., Shi, Q.T., Guo, H.M. Vithanage, M., 2021. Risk factors for endemic chronic kidney disease of unknown etiology in Sri Lanka: Retrospect of water security in the dry zone. Sci. Total Environ. 795, 148839.

 

【原文链接】

https://link.springer.com/article/10.1007/s12403-022-00509-w

 

【联系作者】

何伟,副教授,中国地质大学(北京),Email:wei.he@cugb.edu.cn

郭华明,教授,中国地质大学(北京),Email:hmguo@cugb.edu.cn