关键词：
镉
肾损伤
临界值
DNA甲基化
预测模型
摘要：
镉是一种可在人体长期蓄积的有毒重金属物质,肾脏是镉进人体后主要的蓄积器官和靶器官,因此重金属镉可能是肾损伤发生的重要影响因素之一。既往关于镉暴露和肾损伤的研究结果不一,且大部分研究仅探索镉暴露和肾损伤的关联关系,极少有研究给出诱导肾损伤的镉暴露临界值。目前评价肾损伤常用生化指标主要有两类:一类是反映肾小球功能的指标,如估算肾小球滤过率、尿白蛋白/尿肌酐比值（urinary albumin to creatinine ratio,ACR）等;另一类是反映肾小管功能的指标,如尿N-乙酰-β-D-氨基葡萄糖苷酶（尿NAG酶）、尿β微球蛋白、尿α微球蛋白、尿视黄醇结合球蛋白等。但以上指标主要应用于肾损伤的辅助诊断和筛查,无法满足肾损伤早期预防的需求,近年来高分辨率和高通量组学技术的开发和优化为实现对肾脏疾病早期干预创造了新的技术条件。
目的
1.本研究旨在阐明尿镉与慢性肾脏病及肾损伤指标的关系,探索诱导慢性肾脏病及肾损伤指标异常的尿镉临界值,为我国非职业人群人体镉安全限值标准的制定提供科学依据。
2.探索不同农用地土壤镉和稻米镉污染程度下尿镉对肾损伤影响的差异性,评价我国农用土壤镉和稻米镉现行安全限值标准,为我国农用地土壤、稻米镉安全限值修订提供重要科学支撑。
3.结合DNA甲基化数据,系统筛选镉与肾损伤相关表观遗传标志物,识别镉诱导肾损伤的早期干预靶点,并构建包含表观遗传信息的预测模型,为实现对镉诱导肾脏疾病的早期干预提供风险评估工具。
方法
本研究数据来源于2019年典型地区农用地土壤质量对人群健康影响调查,该项目在全国选择4个典型地区开展调查,分布于我国西南、华东和东北4个省。基于以上数据开展以下三方面研究:
1.镉暴露与慢性肾脏病的关联研究。基于“典型地区农用地土壤质量对人群健康影响调查”项目调查数据,获取我国典型地区人群尿镉水平、慢性肾脏病及各分期的患病情况,利用多因素Logistic回归模型和限制性立方样条等方法分析尿镉与慢性肾脏病之间的关联性,利用R语言“cutoff”包推导引起慢性肾脏病的镉暴露临界值（cutoff值）。按照我国现行农用土壤镉和稻米镉安全限值标准,进一步探索不同农用地土壤镉、稻米镉污染地区人群尿镉对慢性肾脏病影响的差异性。
2.镉暴露与肾损伤指标的关联研究。基于依托项目检测的肾损伤指标数据,获取我国典型地区人群估算肾小球滤过率、ACR、尿NAG酶、尿β微球蛋白、尿α微球蛋白、尿视黄醇结合球蛋白等肾损伤指标水平及异常率,利用限制性立方样条和多因素Logistic回归模型等方法分析尿镉与肾损伤指标的剂量-反应关系及肾损伤指标异常的关联性,利用R语言“cutoff”包推导引起各肾损伤指标异常的镉暴露临界值,识别人体镉暴露导致肾损伤的敏感指标。按照我国农用土壤镉和稻米镉现行安全限值标准,进一步探索不同农用地土壤镉、稻米镉污染地区人群尿镉对肾损伤指标异常风险影响的差异性。
3.镉暴露与肾损伤的表观遗传学研究。基于300名研究对象的全血DNA甲基化数据,利用全表观基因组关联分析方法分析尿镉与DNA甲基化的关联性,识别与尿镉相关的差异DNA甲基化位点,同时分析尿镉相关位点与肾损伤指标的关系,识别二者相重叠的差异DNA甲基化位点。使用R软件“mediation”包探索DNA甲基化在尿镉与肾损伤指标关系中的中介作用,识别镉暴露引起肾损伤的早期干预靶点。通过Logistic回归模型构建包含表观遗传信息的肾损伤预测模型,通过一致性指数（concordance index,C-index）和校准曲线进行模型预测性能评价。
结果
1.镉暴露与慢性肾脏病的关联研究
（1）本研究人群尿镉几何均数为2.39μg/g·肌酐,慢性肾脏病患病率达28.88%。随着尿镉水平的增高,慢性肾脏病及不同分期的患病风险逐渐上升,且引起慢性肾脏病的尿镉临界值为4.265μg/g·肌酐。
（2）在农用地土壤镉超过筛选值地区和稻米镉超标地区,尿镉水平对慢性肾脏病患病的影响明显高于未超过筛选值地区和未超标地区,但在农用地土壤镉未超过筛选值地区和稻米镉未超标地区,尿镉水平对慢性肾脏病的患病风险仍有影响。
（3）在农用地土壤镉未超过筛选值地区和稻米镉未超标地区,尿镉主要影响慢性肾脏病1期的患病风险,在农用地土壤镉超过筛选值地区和稻米镉超标地区,尿镉对慢性肾脏病2期及以上的影响明显高于农用地土壤镉未超过筛选值地区和稻米镉未超标地区。
2.镉暴露与肾损伤指标的关联研究
（1）本研究人群估算肾小球滤过率、ACR、尿NAG酶、尿β微球蛋白、尿α微球蛋白和尿视黄醇结合球蛋白指标异常率分别为9.39%、24.14%、34.24%、28.63%、31.09%和7.30%。研究发现随着尿镉水平的增加,尿NAG酶、尿β微球蛋白、尿α微球蛋白和尿视黄
