地下水溶解性有机质在识别病因不明的慢性肾脏疾病中的季节敏感性：光学和分子视角
原创作者：曾宪江，何伟等
【导读】
慢性肾病是全球重大公共卫生问题之一。高血压、糖尿病和慢性肾炎是慢性肾病的主要原因。然而，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慢性肾病，即不明病因慢性肾病（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和芳香性化合物，并揭示了CKDu与DOM特征及其反应性之间的联系。然而，DOM特征并非一成不变的，这种联系对季节变化等非生物影响因素的响应尚未探索。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）地区分别在旱季与雨季开展了采样，探讨DOM特征对CKDu地下水的影响及识别作用的季节敏感性，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：Elsevier）
【正文】
本研究于2021年、2022年在斯里兰卡分别采集了旱季与雨季的CKDu、non-CKDu地下水、地表水，利用三维荧光光谱联用平行因子分子、傅里叶变换离子回旋共振质谱揭示了CKDu地下水和non-CKDu地下水DOM特征的季节变化，评估了DOM指标在不同季节识别CKDu地下水的稳定性，探讨了DOM特征季节变化对CKDu的潜在影响。
（1）雨季期间，外源DOM的输入导致低氧不饱和物（HUSLO）、陆源/异质源成分（C1%、C2、C4%）增加；旱季期间，氧化作用和较强的微生物活性促进了高氧不饱和物（HUSHO）和类蛋白质（C5%）的生长。此外，在旱季，CKDu地下水的氧化作用比non-CKDu水更强，这可能会促进CKDu地下水中羧基的产生或者二氧化碳生成。
图2 三种水源在不同季节的荧光组分相对丰度（来源：Elsevier）
图3 三种水源在不同季节的Van Krevelen图及化合物组成（来源：Elsevier）
(2) 因为CKDu地下水中HCO3-在旱季没有增加，所以CKDu地下水较non-CKDu地下水的pH值下降幅度更大是更多羧基的产生造成的，这致使富含氟化物和硅酸盐的变质岩浸出更多与CKDu相关的氟和硅。通过理论毒性评估方法，CKDu地下水中相对丰度高于non-CKDu的C17H18O10S、C20H22O10S、C20H22O10S、C21H26O10S、C25H26O11的大部分异构体具有高致突变性或发育毒性，它们可能对人类健康有害。
图4 CKDu地下水与non-CKDu地下水的ΔDOC、ΔpH、ΔSi、ΔF-（来源：Elsevier）
注：ΔDOC=DOC雨季- DOC旱季
表1 敏感有机分子的异构体毒性评估结果（来源：Springer）
(3) 大部分DOM指标识别CKDu地下水易受季节性因素影响，仅a254和C3%在不同季节识别CKDu地下水时既具备高识别性，又具备高稳定性。尽管共同分子相对强度在雨季对CKDu地下水的识别性显著高于旱季，然而部分分子仍然在不同季节展现出较高的识别性。其中，对比识别性最高的21个分子活性信息，发现C17H18O10S具有高溶解性、大流动性和低生物利用度，其相对强度可以理想地用于识别不同季节的CKDu地下水。
图5 DOM指标以及共同分子相对强度在不同季节的受试者特征曲线计算结果（来源：Elsevier）
图6 21个敏感分子的分子活性参数比较（来源：Elsevier）
上述成果发表于环境科学领域1区期刊Science of The Total Environment。该研究获得国家自然科学基金（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）、2023 Elsevier在读博士生资助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
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原文链接：https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.170813
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