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/C_wa、NOSC_wa、AI_mod，wa、DBE_wa、MM_wa、CDI比non-CKDu地下水更高，但H/C_wa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）

图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