《Critical Reviews in Toxicology》：Genotoxic and epigenetic signatures of early-life pesticide exposure: a systematic review and meta-analysis
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本综述系统评估了生命早期（产前及5岁前）农药暴露对基因毒性（DNA损伤、细胞遗传损伤）和表观遗传特征（DNA甲基化、基因表达）的影响。通过对28项研究进行荟萃分析，发现暴露组DNA损伤效应值（Cohen's d=4.85）显著增加，且在母血与脐带血中影响强于儿童血。研究揭示了特定农药（如o,p’-DDT与高甲基化）及通路（如DNA损伤修复基因下调）的关联，并强调了性别差异和遗传易感性等修饰因素。证据表明，生命早期的农药暴露会造成显著的基因毒性和表观遗传改变，这可能是远期不良健康结局（如癌症、神经发育障碍）的潜在机制，从而强调了在关键发育窗口期采取预防性政策的必要性。
农药在现代农业中至关重要，但它们对生命早期发育的潜在危害引发了严重关切。胎儿和婴幼儿时期细胞分裂和分化迅速，对环境毒素高度敏感。基因毒性——即损害遗传物质的能力——是农药造成危害的主要方式之一，可表现为DNA链断裂、染色体结构改变或表观遗传改变。本综述旨在量化生命早期农药暴露在不同分子终点上的基因毒性效应大小，识别一致的模式和效应修饰因子，并评估证据质量以确定未来研究的优先领域。
研究方法
本研究遵循PRISMA（系统综述和荟萃分析首选报告项目）指南，检索了PubMed、EMBASE、Web of Science和Scopus四个数据库。采用PECO（人群、暴露、对照、结局）框架定义纳入标准：人群为胚胎、胎儿、婴儿及5岁以下儿童（若研究胎盘则包括孕妇）；暴露为产前和/或5岁前儿童期的农药暴露；必须有对照组（如未暴露或低暴露组）；结局指标包括DNA损伤生物标志物（如彗星尾长、橄榄尾矩）、细胞遗传学异常频率、DNA甲基化水平和相关基因表达水平。研究类型限于观察性研究（横断面、病例对照、队列研究），排除了体外、体内动物实验及综述等。文献筛选和数据提取由两名评审员独立完成，使用纽卡斯尔-渥太华量表（NOS）评估偏倚风险，并采用随机效应模型进行荟萃分析。
最终，从初始查到的12,784篇文献中，经过去重和筛选，共有28项研究符合纳入标准。这些研究主要采用队列设计（n=14），地理分布多样，多数（n=21）发表于2010年后。研究人群多来自农药使用率高的农业社区。
风险偏倚评估
偏倚风险评估显示各研究质量不一。所有研究类型中，可比性领域的偏倚风险通常低于选择性偏倚领域。在结局/暴露评估方面，队列研究经常表现出弱点，许多研究在结局评估方面存在高风险。总体而言，方法学局限性在各研究中普遍存在，选择性偏倚是最常见的问题。
农药暴露评估
有机氯农药是最常被研究的类别，尤其是DDT及其代谢物。例如，Yu等人专门研究了子宫内DDT暴露与潜在表观遗传改变的关系。有机磷农药是第二大常见类别，多项研究关注母体尿样中的代谢物。暴露评估方法上，多数研究通过生物样本量化农药水平，气相色谱-质谱联用是主要的分析技术。少数研究通过问卷或访谈评估职业或居住环境暴露。
基因毒性评估方法
研究采用了多样化的基因毒性评估方法，其中表观遗传分析最为普遍。DNA甲基化研究广泛使用了Illumina甲基化芯片等技术。更靶向的方法包括特定基因组区域的焦磷酸测序。近期研究开始探索更复杂的表观遗传标记，如端粒长度、线粒体DNA拷贝数和组蛋白修饰。直接DNA损伤评估方法包括彗星试验、微核试验和姐妹染色单体交换试验。
DNA损伤及其与农药暴露的关联
通过彗星试验参数测量的DNA链断裂与农药暴露显示出一致的关联。Dwivedi等人报告，早产组与足月组相比，母血和脐带血中的彗星尾长增加了两倍，橄榄尾矩增加了五倍。Alvarado-Hernandez等人发现农药暴露与橄榄尾矩值增加相关。
对彗星试验数据的定量综合分析揭示了农药暴露与DNA损伤之间的强关联。随机效应荟萃分析显示总体效应值很大（Cohen's d=4.85, 95% CI: 3.31–6.39），表明暴露组的DNA损伤显著高于对照组。在母血样本的橄榄尾矩中观察到最强的效应（Cohen's d=7.70），其次是脐带血橄榄尾矩（Cohen's d=5.12）和母血尾长（Cohen's d=4.60）。值得注意的是，Pérez-Maldonado研究中儿童血液的效应值（Cohen's d=2.95）虽然仍较大，但低于Dwivedi研究中母血和脐带血样本的效应值。统计异质性极高（I2=97%），表明不同样本类型和DNA损伤参数间的效应大小存在显著差异。
研究还观察到明显的细胞遗传损伤效应。Levario-Carrillo等人报告，农业区新生儿微核频率高于城市区。Martínez-Valenzuela等人发现暴露人群的核异常频率大幅增加。对脐带血细胞遗传损伤的荟萃分析显示，两项研究的效应大小差异很大。Levario-Carrillo等人显示了中等效应大小，而Martínez-Valenzuela等人报告了异常大的效应。汇总估计反映了这种极端异质性（I2=100%）。
DNA损伤与农药暴露的关系存在地区差异。Pérez-Maldonado等人发现，不同社区暴露水平下的DNA损伤（尾矩）存在显著差异。有趣的是，Nagayama等人发现哺乳期DDT暴露与姐妹染色单体交换增量呈负相关，提示可能存在适应机制。
表观遗传改变及其与农药暴露的关联
多项研究报告了表观遗传标记的可测量变化，尤其是甲基化改变。Huen等人发现二乙基代谢物与PON1基因特定CpG位点的甲基化呈显著负相关。Wu等人发现，产前DDT暴露与中年时（44-54岁）乳腺癌相关基因的甲基化显著改变有关。Declerck等人发现，暴露于农药的儿童中，富集在多种神经内分泌信号通路（如多巴胺-DARPP32反馈、促肾上腺皮质激素释放激素信号传导、II型糖尿病信号传导）中的基因存在差异性甲基化。该研究还揭示了中介效应，即部分甲基化标记介导了农药暴露与血清瘦素浓度、BMI Z分数变化值和体脂含量之间的关联。
Mitra等人采用全基因组方法，在暴露组与对照组中识别出分布在598个基因上的1,131个显著CpG位点（690个高甲基化，441个低甲基化）。Kim等人发现，产前持久性有机污染物暴露与胎盘LINE-1甲基化改变相关。Declerck等人在产前暴露的儿童中发现了LEP、GPR39和PPARG基因的差异性甲基化。Yu等人观察到DDT暴露与BRCA1基因的高甲基化相关。
对农药暴露相关DNA甲基化改变的荟萃分析揭示了复杂的表观遗传反应，这些反应因农药类别、基因靶点和组织类型而异。总体效应值最小，但观察到显著的异质性，表明甲基化反应存在实质性差异。亚组分析显示不同农药类别存在差异模式：六氯苯主要表现为低甲基化效应，而o,p’-DDT则表现出一致的高甲基化。最强的甲基化改变出现在胎盘组织。基因特异性反应也很明显，印迹基因和参与代谢调控的基因在不同研究中表现出一致的甲基化变化。漏斗图分析揭示了研究的不对称分布，表明可能存在发表偏倚。
基因表达变化是另一个重要结局。Mustafa等人在早产病例中发现了炎症和氧化应激基因的表达变化。Tyagi等人同样在早产病例中发现了COX-2和TNF-α表达的升高。
对三项研究的基因表达变化的荟萃分析揭示了与农药暴露相关的显著通路特异性改变。按生物通路分析时，DNA损伤/修复基因表现出最一致且显著的下调，而炎症反应基因则表现出显著的异质性。产前暴露研究显示促炎标志物显著上调，而产后暴露研究则显示中度下调。氧化应激反应基因总体显著下调，母血中的效应比外周血更明显。细胞信号通路基因表现出适度但一致的下调。各通路间的异质性显著，突显了农药暴露对不同生物系统的差异性影响。
母婴暴露与结局的关联
关于农药经胎盘转移存在选择性。Alvarado-Hernandez等人发现，除DDE和氧氯丹外，几乎所有被测化合物在脐带血浆中的浓度均显著高于母体血浆。这提示评估胎儿暴露和潜在发育影响时，需考虑某些化合物的选择性胎盘通透性。
多项研究提供了关于母体与胎儿结局关系的见解。Levario-Carrillo等人报告了母亲与新生儿微核频率之间的显著相关性，以及母体与新生儿乙酰胆碱酯酶值之间的正相关。Alvarado-Hernandez等人发现脐带血橄榄尾矩与母体橄榄尾矩呈正相关，但未观察到母亲与婴儿细胞遗传学参数之间的相关性。Dwivedi等人发现了母体农药水平与脐带血DNA损伤参数之间的显著相关性。Kim等人报告了基因内CpG位点甲基化水平之间的强相关性。
妊娠与发育结局
多项研究报告了与农药暴露和DNA损伤相关的不良妊娠结局。最一致观察到的是出生体重降低。Dwivedi等人发现，多种化合物在母血和脐带血中的浓度与出生体重呈显著负相关。Capriati等人报告了二甲基有机磷暴露与出生体重呈负相关。
早产是与农药暴露和DNA损伤标志物改变相关的另一个重要结局，这在Mustafa等人和Tyagi等人的病例对照研究中有详细阐述。此外，出生身长也与农药暴露和表观遗传标记相关。Kim等人发现LINE-1甲基化与出生身长显著相关，中介分析表明LINE-1甲基化解释了母体Σ6DDTs与出生身长之间关联的15.4%。
一些研究将农药引起的DNA损伤与不良发育结局联系起来。Huen等人发现了农药暴露、PON1 DNA甲基化与加州农业区儿童认知结局之间的关联。Gaspari等人调查了父母农药暴露与男性新生儿生殖器畸形之间的潜在关联。其他研究将农药暴露和DNA损伤与神经发育结局联系起来。Chiu等人发现毒死蜱暴露与2岁时认知和语言表现下降相关，且在男孩中效应更强。
修饰因子与中介因素
性别特异性效应是多个研究中出现的一个重要模式。Capriati等人发现，暴露于二乙基有机磷的男性端粒长度显著缩短，而女性则无显著变化。相反，H3K4me3在特定靶基因上的占有率在暴露女性中显著增加，而在男性中则无。Kim等人指出，位于X染色体上的MCT8基因需要进行性别分层分析才能评估其与持久性有机污染物的关联。
基因-环境相互作用可能改变个体对农药诱导DNA损伤的易感性。例如，Infante-Rivard调查了农药暴露与CYP和GST基因多态性在儿童白血病风险中的相互作用。Rudant研究了ARID5B和IKZF1基因多态性与母亲孕期使用家用杀虫剂在儿童白血病病例中的相互作用。Declerck等人的研究表明，产前农药暴露与PON1 192QQ基因型的组合与其他暴露-基因型组合相比，具有独特的DNA甲基化模式。
Alvarado-Hernandez等人确定了叶酸摄入可能是DNA损伤结局的一个潜在修饰因子，尽管差异无统计学意义。氧化应激是化学暴露基因毒性效应中的一个重要机制。Dwivedi等人报告早产组氧化应激标志物增加，抗氧化酶减少，且母血中的浓度梯度高于脐带血。Pérez-Maldonado等人专门使用Fpg修饰的彗星试验检测氧化DNA损伤。
化学物共同暴露与相互作用
多项研究同时考察了农药与其他环境化学物的共同暴露。Mitra等人根据主要暴露模式将暴露女孩分为“PCB”组和“非PCB”组。Nagayama等人在母乳中同时检测了多氯联苯和二噁英以及有机氯农药，发现PCB摄入量大约是二噁英的5500倍。有趣的是，他们发现农药暴露与姐妹染色单体交换呈负相关，而二噁英与姐妹染色单体交换增量呈显著负相关。Ouidir等人发现了与PCB暴露相关的特异性DNA甲基化改变，以及多种有机氯农药相关的甲基化改变。值得注意的是，一些农药相关的甲基化改变与出生结局相关。Prado-Bert等人发现儿童期PCB-138与表观遗传年龄加速呈负相关，而儿童期室内空气PM吸光度、儿童期父母吸烟和产前母亲吸烟均与表观遗传年龄加速增加相关。
多溴联苯醚是几项研究中另一个突出的共同暴露物。Kappil等人报告全球甲基化水平与总PBDE水平呈正相关。相反，Huen等人观察到产前PBDE暴露与LINE-1甲基化降低的趋势，尽管这些关联不显著。该研究还注意到，9岁儿童中产前PBDE暴露与Alu甲基化略低和LINE-1甲基化略高相关，可能表明生命早期暴露的表观遗传反应具有年龄依赖性。
除了环境化学物，一些研究还考察了可能修饰基因毒性效应的其他因素。Alexander等人发现婴儿白血病与母亲暴露于DNA损伤性药物、草药和安乃近有显著关联。这些关联在MLL阳性白血病中尤为显著。
纵向发现与时间模式
纵向评估很少，但为了解持续效应提供了宝贵见解。Huen等人评估了出生时和9岁时的儿童，发现早期暴露可能导致DNA甲基化的持续改变。Pérez-Maldonado等人对来自三个社区的儿童进行了多年随访研究，表明农药暴露具有潜在的长期基因毒性效应。Prado-Bert等人引入了表观遗传年龄加速作为农药暴露效应的潜在生物标志物，这是一种量化与环境暴露相关的生物衰老过程的新方法。Wu等人通过研究儿童健康与发展研究队列中成年女性后代，提供了特别有价值的纵向见解，证明了产前DDT暴露在中年时与乳腺癌通路相关基因的持续甲基化改变有关。Chiu等人发现毒死蜱暴露与2岁时认知和语言表现下降相关，但这些效应是否持续到儿童后期尚未评估。
结论
本系统综述和荟萃分析为生命早期农药暴露后的基因毒性效应提供了实质性证据。研究结果证明了与农药暴露，尤其是有机氯化合物暴露相关的DNA损伤和表观遗传改变的一致模式，表明这些分子机制可能将生命早期农药暴露与不良健康结局联系起来。研究揭示了特定农药类别（如o,p’-DDT与高甲基化）及通路（如DNA损伤修复基因下调）的关联，并强调了性别差异和遗传易感性等重要修饰因素。证据支持生命早期农药暴露会导致显著的基因毒性和表观遗传改变，这可能是远期不良健康结局（如癌症、神经发育障碍）的潜在机制，从而强调了在关键发育窗口期采取预防性政策的必要性。未来的研究需要进一步阐明具体的生物学通路、长期健康影响，并考虑基因-环境相互作用以识别高风险人群。
