早期生活中的城市环境与青春期前青少年的大脑形态

《Environmental Pollution》：Urban environment in early-life and brain morphology in preadolescents

城市化因素与脑发育的关系研究，发现孕期及儿童期周边绿地多导致皮质灰质体积减少，设施丰富性与腹侧被盖区体积增大，未证实空气污染或交通噪声的中介作用。

　　城市化进程的加速正在改变全球人口的生活方式和环境暴露情况。随着越来越多的人口迁移到城市地区，人们在日常生活中的环境因素也随之发生变化。这些变化包括更高的空气污染水平、更少的绿色空间以及更密集的建筑环境。尽管城市环境对健康的影响已受到广泛关注，但关于其对大脑发育的具体影响仍缺乏系统的研究。本文旨在探讨孕期和童年期城市特征与青少年期大脑形态之间的关系，并分析空气污染和道路交通噪声在其中可能扮演的中介角色。

研究背景显示，欧洲已有75%的人口居住在城市化地区，预计未来这一比例还会继续上升。城市环境通常伴随着不良的环境因素，如空气和噪音污染，以及自然空间的减少。这些因素在胎儿和儿童发育阶段尤为敏感，因为此时大脑正处于快速发展的关键时期。胎儿和儿童的解毒系统尚未完全发育，这使得他们对环境污染物的清除能力较弱。同时，大脑发育过程复杂，涉及神经元的增殖、迁移、突触修剪，以及髓鞘化等关键机制。这些过程一旦受到干扰，可能会对认知和行为产生长期影响。

在既往的研究中，已经发现孕期空气污染暴露与青少年期大脑形态变化之间存在一定的关联。然而，对于更广泛的城市环境因素，如建筑环境和自然空间的可及性，它们对大脑发育的影响仍不明确。一些流行病学研究已经开始探索这一领域，例如，在巴塞罗那的一项研究中发现，童年期较高的周围绿化程度与前额叶和前运动区的灰质体积增加有关，但这一关联并未受到空气污染的影响。另一项针对荷兰青少年的研究表明，绿色开放空间的暴露与前额叶灰质体积呈正相关，而树冠覆盖率则与之呈负相关。在一项覆盖多个欧洲城市的更大规模研究中，发现城市成长环境与农村成长环境相比，青少年的海马体灰质体积较小。在美国的一项研究中，发现城市化特征，如较高的空气污染水平、较低的步行便利性和较高的人口密度，与白质完整性变化、灰质体积减少和皮层表面积减少相关。这些研究结果提示，城市环境可能在塑造大脑形态方面发挥重要作用。

空气污染和道路交通噪声被选为可能的中介变量，这是基于其对大脑发育的潜在影响。建筑环境和自然空间的特定特征，如更高的街道连通性、交通相关的土地利用或植被减少，已被证实是空气污染和噪音水平的重要预测因子。例如，交通基础设施密集的地区往往伴随着较高的氮氧化物（NO2）和细颗粒物（PM2.5）浓度，以及较高的平均噪音水平。而绿色和蓝色空间则通常与较低的暴露水平相关。从生物学角度来看，这些暴露可能通过不同的机制影响大脑发育。绿色和蓝色空间被认为可以通过减少压力、促进体育活动、改善睡眠质量和增强社会凝聚力来支持神经发育。相比之下，空气污染则与神经炎症、氧化应激以及血脑屏障的破坏有关。长期的噪音暴露可能干扰下丘脑-垂体-肾上腺轴（HPA轴），导致压力激素水平升高，影响睡眠质量，并干扰认知和情绪调节能力。因此，研究城市环境因素如何通过这些中介路径影响大脑形态，有助于理解城市设计和交通政策对神经发育的潜在影响。

本文的研究基于两个大型队列数据：荷兰的Generation R研究和法国的PELAGIE研究。Generation R研究是一项基于人群的出生队列，自2002年至2006年在荷兰的鹿特丹地区开展。该队列包括9,778名孕妇，她们在怀孕期间或产后不久被招募。随后，她们的孩子在9至12岁之间接受了脑部磁共振成像（MRI）检查。共有3,992名儿童参加了MRI检查，而本研究则聚焦于其中的2,895名单胎儿童。此外，研究还对PELAGIE队列进行了探索性复制分析，以评估研究结果在不同人群中的一致性。

研究采用多暴露回归模型，结合数据驱动的变量选择方法，分析孕期和童年期城市特征与青少年期大脑形态之间的关系。研究考虑了12项建筑环境指标和4项城市自然空间指标，这些指标基于居住地的地址信息进行评估。脑部结局包括皮层灰质、大脑白质、小脑、胼胝体、皮层厚度和表面积等。研究通过调整混杂因素，评估空气污染和道路交通噪声在这些关联中的中介作用。

研究结果表明，在Generation R队列中，孕期较高的周围绿化程度与青少年期皮层灰质体积减少相关。而孕期较高的设施丰富度则与腹侧纹状体体积增加有关。在童年期，较高的蓝空间距离与皮层灰质体积增加相关，而较高的交通用地比例则与海马体体积减少相关。然而，空气污染和道路交通噪声并未显示出对这些关联的显著中介作用。在PELAGIE队列中，研究结果在方向上与Generation R队列一致，但统计学上的显著性较弱。此外，童年期的皮层厚度与多个建筑环境指标相关，而周围绿化程度则与特定皮层区域的表面积减少有关。

研究结果提示，早期生活中的城市环境暴露可能对大脑形态产生影响，而这种影响可能受到绿化空间、蓝空间和建筑环境因素的不同贡献。尽管空气污染和道路交通噪声未显示出显著的中介作用，但它们可能仍然在某些情况下对大脑发育产生间接影响。因此，未来的研究需要进一步探讨这些因素之间的相互作用，以及它们如何共同影响大脑发育。此外，研究还应考虑不同城市环境特征的组合效应，以及它们在不同发育阶段的潜在影响。

从公共健康和城市规划的角度来看，研究结果具有重要的实践意义。城市设计和交通政策的调整可能有助于减少不良环境因素对大脑发育的负面影响。例如，增加绿色空间和蓝空间的可及性，优化交通基础设施，以及改善居住环境的步行便利性，都可能对促进健康的神经发育产生积极作用。此外，研究还强调了对空气污染和噪音污染进行有效控制的重要性，以减少其对大脑发育的潜在风险。

本研究的局限性包括样本量的差异以及研究区域的地理和文化背景不同。Generation R队列的样本量较大，而PELAGIE队列的样本量较小，这可能影响结果的统计显著性。此外，研究主要集中在欧洲地区，因此其结果可能不适用于其他地区或文化背景下的城市环境。未来的研究需要在更多样化的地理和文化背景下进行，以验证研究结果的普遍性。同时，研究还应考虑其他潜在的环境因素，如社会经济状况、家庭环境、教育水平等，这些因素可能在一定程度上影响大脑发育。

综上所述，本研究为理解城市环境对大脑发育的影响提供了新的视角。研究结果表明，孕期和童年期的城市特征可能对青少年期的大脑形态产生影响，而这些影响可能与绿色空间、蓝空间和建筑环境因素密切相关。尽管空气污染和道路交通噪声未显示出显著的中介作用，但它们仍然可能在某些情况下对大脑发育产生间接影响。因此，未来的研究需要进一步探讨这些因素之间的相互作用，并考虑如何通过优化城市环境来促进健康的神经发育。