Determinants of the urinary and serum metabolome in children from six European populations

来自6个欧洲国家儿童的尿液和血清代谢组决定因素研究

期刊：BMC Medicine   IF=9.088

发表时间：2018.11.8

早期的环境和饮食会影响整个生命过程的发展和健康。例如，产前暴露于被动吸烟和室外空气污染物是公认的哮喘和其他过敏的危险因素，而暴露于内分泌干扰物和家庭化学品则会增加儿童肥胖的风险。此外，儿童被动吸烟也与成人的肺癌风险有关，而产前感染和铅暴露分别与儿童的精神分裂症和注意缺陷多动障碍有关。因此，人们越来越认识到同时测量多种环境暴露(暴露量)的重要性及其对生命不同阶段健康的影响。基于人群的暴露研究有助于解决各种环境因素与发展不平衡的心理健康结果之间的多维交互作用。尿液和血清代谢表型是阐明环境与健康相互作用的系统补充方法。然而，结合这些生物液体分析的儿童代谢组学的大规模研究还很缺乏。本文试图描述儿童代谢组的主要决定因素，并定义代谢物与欧洲儿童年龄、性别、体重指数和饮食习惯的相关性，评估血清和尿液代谢谱之间的相关模式和互补性。

6个欧洲国家出生队列中1192名6-11岁儿童的尿液和血清

1H-NMR，靶向LC-MS/MS（Biocrates AbsoluteIDQ p180 kit）

分别采用高通量1H-NMR和靶向LC-MS/MS代谢组学分析(Biocrates AbsoluteIDQ p180 kit)测定了从六个欧洲国家（法国、希腊、立陶宛、挪威、西班牙和英国）出生队列中招募的1192名6 - 11岁儿童尿液和血清的代谢表型。

队列之间代谢差异

采用方差分析(ANOVA)评估队列间代谢物浓度的差异。在大量代谢物中，177个血清代谢物中的104个和44个尿液代谢物中的10个被发现在队列中存在显著差异。考虑到队列之间代谢表型的显著差异，本研究决定进行分层分析，然后进行荟萃分析，以便在随后的许多分析中结合来自六个队列的效应估计。

图1.  6个队列之间的代谢差异

分析前因素

177种血清代谢产物中有21种存在餐后效应，其中11种氨基酸、1种生物胺、2种短链酰基肉碱、4种长链酰基肉碱和3种溶磷脂酰胆碱与餐后时间间隔有关。11个氨基酸呈负相关，4个长链酰基肉碱呈正相关。

比较夜间空腹(n = 38)和清晨空腹(n =48)尿液代谢物水平，发现夜间空腹样本中丙氨酸和柠檬酸浓度升高，早晨空腹样本中N -甲基烟碱酰亚胺、N -乙酰神经氨酸和4-脱氧苏酸浓度升高。

图2.   分析前代谢组对儿童代谢组的影响 

A.餐后对血清代谢物的影响 

B. 日变化对尿液代谢物的影响

人口和体重指数因素

肌酸酐浓度与年龄之间的正相关被认为是六个不同研究队列中的一个常见表型。没有其他尿液或血清代谢物的测定与年龄有关。代谢物与性别的关系如图3所示。18种尿液或血清代谢物中有15种与性别有关。

图3. 性别与儿童血清和尿液代谢物的相关性

根据协变量调整后的回归模型，发现45种尿液或血清代谢产物与BMI z-score相关。

图4. 尿液和血清代谢产物与BMI z-score相关分析

膳食摄入

通过分析发现57种代谢物与膳食相关。尿液代谢物，发现肌酸与肉类摄入量呈正相关。马尿酸与水果和蔬菜摄入量均呈正相关。脯氨酸甜菜碱、N -甲基烟酸和酰基肌醇与水果摄入量呈正相关，谷氨酰胺、丙氨酸和亮氨酸与水果摄入量呈负相关。此外，泛酸盐和乙酸盐与乳制品和马铃薯的摄取量呈正相关。

血清代谢物，发现12种甘油磷脂酰胆碱与鱼类摄入有关。4种甘油磷脂酰胆碱与肉类摄入呈正相关。5种甘油磷脂酰胆碱与甜味摄入呈负相关。此外，发现乙酰氯鸟氨酸与水果摄入量呈正相关，两种酰肉碱(C5:1, C6:1)和一种鞘脂质(SM (OH) C16:1)与饮料(软饮料和碳酸饮料)呈负相关。

图5. 代谢物与饮食摄入频率有关

血清和尿液代谢的相关性

代谢物之间的相互关联往往传递着生物途径信息;因此，对血清和尿液数据分别进行代谢物两两相关分析。同一类化合物的血清代谢物之间存在显著相关性，如图6。发现甘油磷脂，氨基酸和酰基肉碱具有最强的相关性簇。

图6. 血清代谢相关网络图（基于代谢物两两相关“edge”＜-0.5或＞0.65）

尿液代谢物的相关性热图如图7.正相关包括亮氨酸与缬氨酸(r = 0.56),乙酸和琥珀酸(r = 0.32),甲酸和乙酸(r = 0.17)等。负相关包括4-脱氧苏氨酸与下列几种氨基酸：苏氨酸/乳酸、丙氨酸、酪氨酸、谷氨酰胺和甘氨酸(r = 0.17 ~ 0.42)。

图7. 尿液代谢物相关性热图

本研究鉴定了6个欧洲国家儿童血清和尿液中代谢物主要成分。典型但并非普遍情况下，代谢组与年龄、性别、BMI指数和饮食习惯相关。尿液和血清代谢表型的代谢物间相关性分析显示了潜在的通路关联，并且人群特异性差异(人口统计学、饮食和原产国)在血清中比在尿液代谢谱中得到了更好的捕捉。本研究建立了一个在多个欧洲健康儿童人群的尿液和血清参考代谢组资源。这为今后的工作提供了关键的基础，以便确定代谢谱的效用用于监测或预测环境和其他接触物对人类生物学和儿童健康的影响。