母亲接触微量元素和全氟烷基酸与下丘脑-垂体-肾上腺轴功能改变之间的关系

《Environmental Research》：Maternal Exposure to Trace Elements and Perfluoroalkyl Acids and their associations with alterations of the Hypothalamic-Pituitary-Adrenal Axis

本研究分析了孕妇在怀孕第二阶段接触trace elements（如钼、铅）和全氟烷基酸（PFAAs，如PFHpA、PFHxS）对HPA轴功能的影响。通过线性回归和混合模型（BKMR）分析，发现钼与皮质醇觉醒反应（CAR）负相关，铅与白天皮质醇（AUCg）负相关，而PFHpA和PFHxS在男婴母亲中与AUCg正相关。性别差异可能源于胎盘激素代谢差异，提示环境化学物质对HPA轴的影响具有性别特异性。研究强调了多因素分析的重要性，并指出未来需进一步探讨混合暴露和性别差异的影响。

　　### 母体暴露于微量元素和全氟烷基酸（PFAAs）与HPA轴功能的关系

在本研究中，我们探讨了母体在怀孕期间暴露于微量元素和全氟烷基酸（PFAAs）是否与母体HPA轴功能的改变相关。我们的研究采用单个化学物质模型和化学混合模型来分析这些关联。研究结果表明，某些微量元素如钼（Mo）和铅（Pb），以及某些PFAAs如全氟庚酸（PFHpA）和全氟己烷磺酸（PFHxS）可能与HPA轴功能的改变有关。特别地，这些变化可能受到胎儿性别的影响。

母体的HPA轴是调节身体多种生理过程的重要系统，包括代谢、免疫反应和自主神经系统功能，同时也参与应激反应的调节。暴露于内分泌干扰物（EDCs）如微量元素和PFAAs可能会干扰激素受体及其下游信号通路，从而影响激素的合成、代谢和作用。由于HPA轴对自然激素变化非常敏感，因此这些微量元素和PFAAs可能改变其功能，导致内分泌紊乱，这可能包括应激反应的改变，以及生殖或甲状腺问题。

本研究的重点在于探索怀孕期间母体暴露于微量元素和PFAAs与HPA轴功能之间的关系。我们的研究使用了来自Alberta Pregnancy Outcomes and Nutrition（APrON）队列的数据，这些数据涵盖了母体在第二孕期的微量元素、PFAAs和唾液皮质醇的测量。我们采用了线性回归分析来评估个体化学物质与母体HPA轴功能之间的关联。此外，我们使用了贝叶斯核机回归（BKMR）方法来评估化学物质混合效应，以估计每个化学类别（如微量元素和PFAAs）对HPA轴功能的整体影响。

### 研究方法

#### 研究人群、研究设计和数据收集

研究参与者是APrON研究队列的一个子集，这是一个加拿大的纵向队列研究。APrON研究队列的招募时间从2009年1月到2012年12月。为了符合当前研究的条件，女性必须年满16岁、怀孕初期（<21周），能够说和读英语，并且愿意参与研究访问。同时，研究排除了那些在怀孕期间发生流产、死产或多胎的女性，以及那些在怀孕期间搬离Calgary或Edmonton、或者退出APrON研究的女性。此外，研究还排除了在怀孕期间服用合成糖皮质激素、吸烟或饮酒的女性。参与者在招募时接受了访谈，并完成了关于心理健康、饮食和生活方式因素的问卷。血样是在大约怀孕第17周收集的，用于测量母体暴露于微量元素和PFAAs的水平。关于女性及其新生儿的健康信息是从医疗记录中获得的。本研究的完整描述可以参考其他资料。

#### 唾液皮质醇

母体的昼夜唾液皮质醇是在怀孕的第二孕期测量的，从唾液样本中收集了母体在多个工作日的数据（周末除外）。在第一次研究访问中，参与者被指导如何使用个人数字助理（PDA）来帮助在四个时间点收集唾液样本：起床时、起床后30分钟、上午11点和晚上9点。PDA会发出警报，记录样本收集时间。女性在样本日记中记录了样本时间，任何PDA和日记之间的差异都会通过与参与者的讨论解决。PDA提供了与预标记唾液管对应的代码。参与者被指导将唾液棉签（SalivaBio Oral Swab）放在舌下。为了确保研究方案的依从性，PDA被编程为允许在信号后20分钟内进行响应，超过这个时间则视为缺失。在每次采样日，参与者尽可能早地收集起床样本，然后在PDA上启动一个30分钟的计时器。这一程序允许对起床样本和起床后30分钟样本进行精确的时间记录，同时也能考虑个体差异。

#### 血样收集和分析

我们测量了七种必需元素（如锑（Sb）、铜（Cu）、镁（Mg）、锰（Mn）、钼（Mo）、硒（Se）和锌（Zn）以及四种非必需元素（如砷（As）、镉（Cd）、铅（Pb）和汞（Hg））。这些微量元素是在怀孕第二孕期（平均孕周为17周）收集的血样（红细胞；RBCs）中进行测量的。分析是在阿尔伯塔毒理学中心进行的，使用了电感耦合等离子体-三重四极质谱仪（ICP-MS）。所有样品、标准品和质量控制材料均用含有约0.7 mM氨的溶液稀释20倍（BDH, Poole, UK），0.01 mM EDTA（Aldrich, Poole, UK）和0.07%（v/v）Triton X-100（BDH, Poole, UK）的溶液。Butan-1-ol（Fluka, Poole, UK）被添加到稀释液中作为碳源，以改善标准品和样品之间的矩阵匹配，从而提高As和Se等元素的分析准确性。

#### 共变量

我们基于文献确定了生物和生活方式因素作为潜在的共变量。分析中包括的共变量有：母体孕前BMI、母体年龄、母体教育水平、家庭收入、婚姻状况、种族、孕周、产次和婴儿性别。统计分析中使用了5%的显著性水平和95%的置信区间。在回归分析中，我们应用了Benjamini-Hochberg程序来控制错误发现率（FDR）在<0.05以下。

#### 统计分析

为了分析微量元素和PFAAs的浓度分布，我们使用了自然对数（ln）变换，因为它们的分布是非正态的。我们计算了每个化学类别内ln变换的环境化学物质之间的斯皮尔曼相关系数。线性回归分析用于评估个体化学物质与母体HPA轴功能之间的关联。模型中调整了以下共变量：母体BMI、母体年龄、母体教育水平、家庭收入、婚姻状况、种族、孕周和产次。统计显著性测试使用了5%的显著性水平和95%的置信区间。我们应用了Benjamini-Hochberg程序来控制错误发现率（FDR）在<0.05以下。

### 结果

#### 研究人群特征

参与者包括243名孕妇，其中大多数是白人（n=216；88.89%），平均分娩年龄为32.32岁（标准差±3.77；范围=20.7至42.8岁）。大多数参与者拥有大学教育（n=192；79.01%），并且是已婚或同居的女性（n=222；91.36%）。136名参与者是第一次怀孕。参与者的平均BMI为24.75（标准差±5.51）kg/m2，但32.1%（n=78）的女性是超重或肥胖（BMI≥25 kg/m2）。84%（n=206）的女性居住在年收入超过70,000加元的家庭。大约一半的女性（n=126；51.85%）分娩了男婴。

#### 单个化学物质暴露与皮质醇觉醒反应（CAR）的关系

在单个化学物质模型中，线性回归分析显示，Mo在调整模型中与CAR呈负相关（β=-0.99，95% CI=-1.74，-0.24，p=0.01）。在按婴儿性别分层的模型中，我们观察到Mo与CAR在分娩女婴的女性中呈负相关（β=-1.26，95% CI=-2.46，-0.07，p=0.03）。然而，这些关联在FDR校正后均未显著（调整p值>0.05）。在PFAAs中，我们没有发现任何与CAR的显著关联。

#### 单个化学物质暴露与昼夜皮质醇的关系

在单个化学物质调整模型中，Pb与昼夜皮质醇呈显著关联（β=-13.3，95% CI=-25.65，-1.10，p=0.03），PFHpA也与昼夜皮质醇呈显著关联（β=4.29，95% CI=0.68，7.90，p=0.02）。在按婴儿性别分层的模型中，Pb与昼夜皮质醇在分娩女婴的女性中呈负相关（β=-18.3，95% CI=-35.93，-0.63，p=0.04）。而在分娩男婴的女性中，PFHpA（β=8.62，95% CI=3.56，13.7，p=0.001）和PFHxS（β=10.2，95% CI=0.73，19.68，p=0.03）与昼夜皮质醇呈正相关。这些关联在FDR校正后均未显著。

#### 单个化学物质暴露与昼夜皮质醇斜率的关系

在调整模型中，Se与昼夜皮质醇斜率呈边际关联（β=0.0001，95% CI=-0.00001，0.0002，p=0.08）。在按婴儿性别分层的模型中，As（β=0.001，95% CI=0.001，0.003，p=0.03）、Hg（β=0.001，95% CI=6.24，0.003，p=0.04）、Zn（β=0.01，95% CI=0.0008，0.02，p=0.03）、PFHxS（β=0.002，95% CI=0.0003，0.004，p=0.02）和PFOS（β=0.003，95% CI=0.0003，0.007，p=0.03）在分娩女婴的女性中均与昼夜皮质醇斜率呈正相关。在分娩男婴的女性中，Cd、Mg、PFOA和PFOS与昼夜皮质醇斜率呈边际关联。在FDR校正后，这些关联均未显著。

#### 微量元素混合与皮质醇结果的关系

我们使用BKMR方法来分析微量元素混合的影响。在模型中，大多数PIPs（后验包含概率）是低到中等（PIPs在0.10到0.45之间）。Mo在分析母体CAR的总体样本（n=243）和分娩女婴的女性（n=117）中显示出较高的PIPs（0.54到0.71），这表明Mo在这些结果中的重要性。单变量暴露-反应函数显示了大多数弱到中等的关联，其中PFHpA和PFHxS在分娩男婴的女性中与昼夜皮质醇呈正相关。这些结果支持了在这些结果中，Mo和PFHpA的重要性。

#### PFAAs混合与皮质醇结果的关系

我们还使用BKMR方法来分析PFAAs混合的影响。在分析分娩男婴的女性（n=126）的母体AUCg和分娩女婴的女性（n=117）的母体昼夜皮质醇斜率时，大多数PIPs是低到中等（PIPs在0.08到0.41之间）。在分析分娩男婴的女性的母体AUCg时，PFHpA的PIPs为0.88，表明该化学物质在混合中的重要性。在分析分娩女婴的女性的母体昼夜皮质醇斜率时，所有PIPs均高于0.50，表明这些PFAAs在混合中的重要性。单变量暴露-反应函数显示了大多数弱到中等的关联，其中PFHpA在分娩男婴的女性中与AUCg和昼夜皮质醇斜率呈非线性关系。较高的整体暴露于微量元素混合与较低的CAR和AUCg在分娩女婴的女性中相关，而在分娩男婴的女性中，较高的整体暴露于微量元素混合可能与较高的昼夜皮质醇斜率相关。

### 讨论

本研究探讨了母体暴露于微量元素和PFAAs与HPA轴功能变化的关系。我们使用了单个化学物质模型和化学混合模型来分析这些关系。单个化学物质模型显示，Mo和Se与CAR相关。昼夜皮质醇与微量元素Pb和PFAAs PFHpA相关。按婴儿性别分层的分析显示，Mo和Se与CAR仅在分娩女婴的女性中相关。同样，Pb与昼夜皮质醇在分娩女婴的女性中相关。相比之下，在分娩男婴的女性中，两种PFAAs PFHpA和PFHxS与昼夜皮质醇相关。我们还观察到，As、Hg、Se、Zn、PFHxS和PFOS在分娩女婴的女性中与昼夜皮质醇斜率相关。在混合分析中，Mo与其他微量元素在CAR相关模型中显示出强关联，PFHpA与其他PFAAs在CAR相关模型中也显示出强关联。

Mo是一种必需微量元素，天然存在于许多食物（如豆类、谷物和坚果）和膳食补充剂中，缺乏较为罕见。在动物研究中，Mo暴露导致了延迟生长、肾功能障碍、生殖障碍、贫血和骨变形。然而，目前的研究并未显示Mo对人类有毒性风险。本研究的结果表明，Mo可能与HPA轴功能变化有关。在单个暴露模型中，Mo在总体样本和分娩女婴的女性中均与CAR呈显著关联。同样，在混合分析中，Mo与其他微量元素在CAR相关模型中显示出强关联。这些发现支持了未来研究探索Mo对怀孕女性HPA轴功能影响的必要性。

微量元素和PFAAs与多种健康问题相关，包括免疫、肝功能、脂质和胰岛素功能的变化，以及不良的生殖和发育结果。目前的研究主要集中在动物模型中，探讨这些化学物质对HPA轴功能的影响。在分析中，我们发现Mo和Pb与CAR相关，而Pb与昼夜皮质醇相关。此外，PFHpA和PFHxS在分娩男婴的女性中与昼夜皮质醇相关。这些发现表明，Mo、Pb、PFHpA和PFHxS可能在HPA轴功能中起到重要作用。

#### 混合分析的发现

在混合分析中，Mo与其他微量元素在CAR相关模型中显示出强关联，PFHpA与其他PFAAs在CAR相关模型中也显示出强关联。这些发现支持了未来研究探索这些化学物质对HPA轴功能影响的必要性。同时，Mo和Pb的暴露可能与昼夜皮质醇的改变有关，这可能反映了HPA轴功能的紊乱。

#### 潜在机制

目前，微量元素和PFAAs与HPA轴功能变化的潜在机制尚不清楚，但已有研究显示这些化学物质可能通过干扰激素受体及其下游信号通路，从而影响激素的合成、代谢和作用。此外，微量元素和PFAAs可能通过影响基因表达和蛋白质合成，改变HPA轴的活动。这些干扰可能表现为CAR和昼夜皮质醇水平的变化。

#### 研究局限性

本研究的一个局限性是化学暴露仅在怀孕期间的一个时间点进行测量，因此无法评估化学物质在怀孕期间的浓度变化。这可能影响我们对HPA轴功能变化的理解。然而，已有研究表明，在怀孕期间，金属和PFAAs的血浓度相对稳定，持续数周至数月。此外，我们的研究人群主要为白人和高学历女性，家庭收入较高，这可能影响研究结果的普遍性。研究还存在选择偏差，因为参与本研究的母体-婴儿对与原始APrON队列相比可能有所不同。此外，调整多重比较后，没有显著的关联，这表明单个化学物质模型中的关联可能反映假阳性，应谨慎解释。

### 结论

本研究的结果表明，母体在怀孕期间暴露于微量元素（如Mo和Pb）和PFAAs（如PFHpA和PFHxS）可能与HPA轴功能的变化有关，这些变化可能受到胎儿性别的影响。具体来说，单个和混合暴露模型中均发现了Mo与CAR的关联，以及Pb与昼夜皮质醇在分娩女婴的女性中的关联。在PFAAs中，PFHpA和PFHxS在分娩男婴的女性中与昼夜皮质醇的关联一致。这些发现表明，应同时考虑单个化学物质暴露和化学混合的影响，以更全面地理解微量元素、PFAAs与母体HPA轴功能之间的关系。未来的研究需要进一步探讨微量元素、PFAAs与其他内分泌干扰物（如双酚、邻苯二甲酸盐、多溴二苯醚、多氯联苯和三氯生）与HPA轴功能变化的关系。此外，研究还应探讨孕期压力的潜在影响，以及其增加环境化学物质对HPA轴功能影响的可能性。研究还应进一步探讨胎儿性别对母体HPA轴功能的影响。由于内分泌干扰物在环境中普遍存在，孕妇很难避免接触。因此，通过公众教育传播知识，可以告知孕妇、考虑怀孕的个体和医疗专业人员，暴露于不同内分泌干扰物与HPA轴功能之间的潜在关系。这些努力可能帮助个体减少接触这些化学物质，从而降低HPA轴功能紊乱及相关免疫、代谢、神经和心理健康问题的风险。