血清金属组学特征在慢性肾脏病中的临床价值：元素谱改变与疾病发生发展的关联研究

　　本研究发现慢性肾脏病（CKD）患者血清中15种金属元素水平显著升高（包括Li、Mg、Al等），3种元素降低（Co、Hg、U）。通过多因素回归确定Al、V、Co、Ga、Cs、Pb为CKD发生的独立影响因素（P<0.05），Li、V、Mo、Cs与疾病进展显著相关。ROC曲线显示V（AUC=0.841）和Mo（AUC=0.813）对CKD发生及进展具有优异预测价值。该研究为金属元素监测在CKD早期诊断和进展评估中的应用提供了重要依据。

　　

Abstract

流行病学证据表明某些金属暴露与肾功能下降和肾脏疾病进展相关。本研究通过比较341例CKD患者和60例健康对照的血清样本，采用电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）技术分析了26种金属元素水平，并探讨其与肾功能标志物（尿素、肌酐（Creat）、尿酸（UA）、胱抑素C（CysC）、补体成分1q（C1q））的关联性。

Introduction

慢性肾脏病（CKD）的全球发病率和死亡率显著上升，已成为第五大死亡原因。微量金属元素在维持内环境稳态中发挥关键作用，但过量积累可能通过自由基增加导致细胞损伤。金属组学（metallome）涵盖生物系统内所有金属相关物种，其在CKD中的作用尚未充分探索。本研究旨在全面分析CKD患者血清金属组学特征，揭示金属元素与疾病发生发展的关系。

Materials and Methods

研究对象包括2019年7月至12月招募的CKD患者和健康对照。所有参与者空腹采集静脉血，血清样本于-80°C保存。肾功能标志物采用全自动生化分析仪检测，金属元素使用ICP-MS定量。统计分析采用SPSS 26.0软件，包括Shapiro-Wilk正态性检验、Spearman相关分析、逻辑回归和ROC曲线分析。

Results

Demographic Data, Serum Kidney Function, and Metal Levels

CKD组与HC组在性别和年龄上无显著差异（P>0.05），但肾功能标志物（Urea、Creat、UA、CysC、C1q、eGFR）均存在显著改变（P<0.05）。26种金属元素中，15种（Li、Mg、Al、Ca、V、Mn、Ni、Cu、Ga、Se、Rb、Mo、Sn、Cs、Pb）在CKD组升高，3种（Co、Hg、U）降低（P<0.05）。Cr、Ge、Au浓度低于检测限（<0.001μg/L），未纳入分析。

Metabolic Profile and Renal Function

Spearman相关分析显示，在CKD组中，Li、Al、V、Mo、Sn、Cs、Hg与肾功能标志物显著相关（Urea |r|=0.146–0.545；Creat |r|=0.120–0.584；CysC |r|=0.132–0.641；均P<0.05）。HC组仅少数元素与肾功能指标相关。

Correlation Between Metallome Elements and CKD Onset and Progression

二元逻辑回归确定Al、V、Co、Ga、Cs、Pb为CKD发生的独立影响因素（OR: Al=1.01, V=1.52, Co=0.03, Ga=1.59, Cs=1.03, Pb=1.04；均P<0.05）。有序逻辑回归显示Li、V、Mo、Cs是CKD进展的独立风险因素（P<0.05）。限制性立方样条（RCS）曲线揭示这些元素与eGFR存在非线性剂量反应关系。

Prediction of CKD Onset and Progression by Metallome Elements

ROC分析表明，V对CKD发生具有最佳预测价值（AUC=0.841, 95%CI: 0.799–0.884），Mo对重度CKD（G4-G5）预测效能最高（AUC=0.813）。元素组合（如V+Pb）可进一步提高诊断准确性（AUC=0.931）。

Direct Correlation Among Metallome Elements

元素间相关性分析显示Al与V（r=0.821）、Al与Ga（r=0.717）、V与Ga（r=0.646）呈强正相关，Co与Al（r=?0.449）、V（r=?0.410）、Ga（r=?0.288）呈负相关，提示元素间存在协同或拮抗作用。

Enrichment and Analysis of Metabolite Pathways

KEGG通路富集分析发现，Co和Pb通过调节有氧代谢（如ABC转运体、TCA循环）影响CKD发生，而Li和Mo通过物质转运机制（如SLC介导的跨膜运输）促进疾病进展。

Discussion

本研究首次全面分析了CKD患者血清中26种金属元素的改变模式。发现V、Pb、Mo等元素与肾功能标志物显著相关，且具有优异的疾病预测价值。元素间的相互作用（如Al-V-Ga协同、Co拮抗）可能共同参与肾损伤机制。环境暴露、饮食因素和肾功能减退导致的元素积累是主要成因。建议对高风险人群开展特定金属元素（如V、Mo、Pb）的定期监测，为CKD的早期诊断和进展评估提供新策略。

Limitations

样本量存在组间不平衡，未充分考虑饮食、环境和职业暴露等混杂因素，且为横断面研究。未来需开展多中心纵向研究验证结果。

Conclusions

CKD患者存在特征性血清金属组学改变。Al、V、Co、Ga、Cs、Pb与CKD发生相关，Li、V、Mo、Cs与疾病进展相关。监测V、Mo、Pb等元素有助于CKD早期诊断和进展评估。金属元素间的协同效应可能加剧肾损伤，提示金属螯合疗法和营养干预在CKD管理中的潜在价值。