化学标记的暴露组分析（CLEAN）：一种用于非靶向鉴定尿液代谢物的策略

《Environmental Science & Technology》：Chemically Labeled Exposome Analysis (CLEAN): A Strategy for Nontargeted Identification of Urinary Metabolites

　　尿液外暴露组学分析中，非靶向代谢物识别面临生物转化产物缺乏参考标准及代谢物结构多样性大的挑战。本研究开发化学标记外暴露物分析（CLEAN）策略，采用 DansylCl 和 MPEA 标记酚羟基、氨基及羧基化合物，结合诊断碎片离子过滤和机器学习辅助的保留时间预测与结构注释，建立高效筛查流程。将其应用于 80 例小样本脆弱新生儿（SVN）病例与 160 例匹配对照的 nested case-control 研究，鉴定出 97 种外源性物质（29 种检出率＞70%）。生物信息学分析显示混合暴露与 SVN 风险显著正相关（P<0.001），并识别 1-羟基芘、单异丙基邻苯二甲酸酯和五溴苯酚为关键暴露标志物。同时，4 种氨基酸（甘氨酸、丝氨酸、谷氨酸和丙氨酸）在环境暴露与 SVN 关联中具有最强中介效应。该研究证实CLEAN策略能实现高throughput和准确性的尿液外暴露组学表征，支持大规模人类生物监测和流行病学研究。

　　

由于缺乏生物转化产物的参考标准以及代谢物结构多样性较大，尿液暴露组学分析面临诸多分析挑战。本研究开发了一种化学标记暴露组学分析（CLEAN）策略，用于非靶向识别尿液中的代谢物。该策略利用丹磺酰氯（DnsCl）和N-甲基苯乙胺（MPEA）对含有酚羟基、伯胺基和羧基的外源性和内源性分子进行标记，并构建了一种基于诊断性碎片离子筛选、机器学习辅助的保留时间预测及结构注释的集成筛选工作流程。我们在一项包含80例患有小体型脆弱新生儿（SVN）的孕妇和160名匹配对照组的嵌套病例对照研究中，应用CLEAN策略筛查了与这些新生儿相关的关键环境化学物质。在鉴定出的97种外源性物质中，有29种在超过70%的样本中被检测到。进一步分析显示，混合暴露与SVN风险之间存在显著的正相关关系，并确定1-羟基芘、单异丙基邻苯二甲酸酯和五溴苯酚为关键暴露标志物。在鉴定出的内源性代谢物中，有4种氨基酸对环境暴露与SVN之间的关联具有最强的调节作用。总体而言，我们的研究证明了CLEAN策略在实现高通量、准确的尿液暴露组学特征分析方面的能力，为大规模人类生物监测和流行病学研究提供了支持。