不同环境空气污染物对精子质量的影响：一项回顾性队列研究

《Ecotoxicology and Environmental Safety》：The impact of exposure to different ambient air pollutants on sperm quality: A retrospective cohort study

本研究通过回顾性队列研究，分析了5503名中国广东男性空气中污染物暴露（PM10、PM2.5、NO2、CO、O3、SO2）与精子质量（体积、浓度、数量、活力）的关系。结果显示，O3、NO2和CO在精子发育各阶段均显著降低精子质量指标，其中O3的影响最为突出。研究强调控制臭氧污染对改善男性生殖健康至关重要。

　　空气污染对男性生殖健康的影响已成为全球关注的焦点。近年来，越来越多的研究表明，环境因素，特别是空气污染，可能对精子质量产生负面影响。精子质量的下降被认为是导致不孕症的重要原因之一，而空气污染可能通过多种生物机制干扰精子的生成、储存和功能。本研究旨在探讨空气污染物对精子发育不同阶段的影响，特别是对关键发育期的损害，并评估单一污染物和混合污染物对精子质量的综合效应。研究团队来自中国广东省的广东药科大学公共卫生学院，共有八位研究人员参与，包括Gong Yajie、Huang Guangtong、Wang Xia-Yuhui、Tang Yuanyuan、Li Jiehao、Dai Lulu、Zhou Yuanzhong、Yang Pan和Chen Yingjun。

本研究基于一项正在进行的前瞻性队列项目——暴露与生殖健康研究（SEARCH），共纳入了13,693名男性参与者，他们来自广州中山大学附属第一医院生殖医学中心，寻求生育检查的夫妇。由于部分数据不完整，最终分析样本为5,503名男性。研究采用了回顾性队列研究设计，通过分析广东省内空气污染水平与精子质量指标之间的关系，揭示了空气污染对男性生殖功能的具体影响。研究重点关注了精子生成过程中的三个关键阶段：0–9天、10–14天以及70–90天前的精子发育期。这些阶段分别对应于精子在附睾中储存、精子运动能力增强以及精子生成的完整过程。

为了评估空气污染对精子质量的影响，研究团队收集了多种污染物的暴露数据，包括PM₁₀、PM_2.5、二氧化氮（NO₂）、一氧化碳（CO）、二氧化硫（SO₂）以及臭氧（O₃）。这些污染物的暴露水平是根据参与者居住地的地理信息，结合气象数据、土地利用数据、人口密度数据以及污染物浓度监测数据进行估算的。研究采用了一种名为随机森林（Random Forest, RF）的机器学习模型，该模型在预测空气污染暴露方面已被广泛应用于其他研究。通过将气象、地形、人口和污染物浓度数据输入该模型，研究团队能够更准确地估算参与者居住区域的空气污染暴露水平。

研究结果表明，空气污染物，尤其是CO、NO₂和O₃，对精子质量有显著的负面影响。在第一个关键发育期（0–9天前），这些污染物的暴露与精子体积、浓度、数量、总活动力和进展性活动力的下降有关。具体而言，CO暴露与精子数量减少相关，NO₂和PM_2.5暴露则与精子总活动力和进展性活动力的下降有关。O₃暴露则对精子体积、浓度、数量、总活动力和进展性活动力均表现出显著的负面影响。在第二个关键发育期（10–14天前），PM₁₀、PM_2.5、CO、SO₂和NO₂的暴露同样与精子质量的下降相关，其中O₃的影响尤为突出。在第三个关键发育期（70–90天前），O₃的暴露与精子的进展性活动力和活力密切相关，显示出其在精子生成过程中对质量的持续影响。

此外，研究还采用了定量g计算（Quantile g-computation, Qgcomp）方法，以评估空气污染物混合暴露对精子质量的综合影响。该方法能够更准确地反映不同污染物在混合暴露情况下的协同效应。结果显示，O₃是影响精子质量的最关键因素，无论是在单一污染物暴露还是混合污染物暴露的情况下，其对精子质量的损害都最为显著。这表明，尽管PM₁₀和PM_2.5等颗粒物污染在许多研究中被频繁提及，但O₃可能在导致精子质量下降方面发挥更为重要的作用。

研究团队还对不同污染物的暴露水平进行了统计分析，发现PM₁₀、PM_2.5、NO₂、CO、O₃和SO₂的暴露水平均存在显著的相关性。例如，在三个不同的暴露窗口中，PM_2.5和PM₁₀的暴露水平与精子浓度、数量和活动力呈正相关，且相关系数较高。这一结果表明，这些污染物可能通过相似的生物机制影响精子质量。然而，研究也发现，SO₂的暴露与精子质量之间没有显著关联，这可能与研究中使用的暴露评估方法或样本特征有关。

研究还分析了不同污染物在混合暴露情况下的贡献度。通过Qgcomp模型，研究团队发现O₃在所有三个关键发育期中对精子质量的损害最大，显示出其在空气污染对男性生殖健康影响中的核心地位。相比之下，CO和SO₂的暴露对精子质量的影响较小，这可能是因为研究中使用的暴露水平相对较低，或者这些污染物在研究区域内的分布较为均匀。然而，这些结果并不完全符合所有已有的研究，部分研究发现CO和SO₂的暴露与精子活动力之间存在显著的负相关，这提示在不同环境条件下，空气污染对精子质量的影响可能存在差异。

本研究还探讨了空气污染对男性生殖健康的具体生物学机制。研究表明，空气污染可能通过多种途径影响精子质量，包括诱导氧化应激、促进细胞凋亡以及破坏血睾屏障。例如，O₃通过氧化应激途径导致精子DNA损伤，从而影响精子的正常功能。此外，PM_2.5暴露可能增加Caspase-3的表达，进而诱导精子细胞凋亡。这些发现强调了空气污染对男性生殖系统的复杂影响，并提示在评估空气污染对生殖健康的影响时，需要综合考虑多种生物机制。

尽管本研究提供了重要的证据，但其也存在一些局限性。首先，空气污染暴露的评估依赖于基于地理信息的空气污染数据，这可能无法完全反映个体实际的暴露情况，特别是如果参与者在研究期间有频繁的移动或临时居住变化。其次，尽管研究团队控制了年龄、教育水平、职业状态和精子采集季节等关键协变量，但一些未被测量的环境因素，如微环境温度、吸烟习惯和酒精摄入，可能仍然影响精子质量，从而引入潜在的混杂因素。此外，由于部分数据不完整，51%的参与者被排除在外，这可能导致样本选择偏差，影响研究结果的普遍适用性。最后，研究使用的空气污染数据来自监管监测网络，可能忽略了室内污染物源，如家庭燃烧产生的挥发性有机化合物（VOCs）等，这些室内污染物可能对生殖健康产生协同效应。

综上所述，本研究揭示了空气污染对男性生殖健康的具体影响，特别是臭氧（O₃）在精子质量下降中的关键作用。这些发现不仅加深了我们对空气污染与男性生殖功能之间关系的理解，也为制定有效的空气污染控制政策提供了科学依据。然而，为了进一步验证这些结论，未来的研究需要考虑更多的环境因素和个体差异，并采用更精确的暴露评估方法。此外，随着对空气污染与生殖健康关系研究的深入，我们有望更全面地了解这些污染物如何影响精子质量，并探索有效的干预措施以改善男性的生殖健康状况。