《GeoHealth》：Association Between Heavy Metal Exposure and Autism Spectrum Disorders: Discrepancies, Research Gaps, and Future Priorities of Human Epidemiological Studies
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儿童孤独症谱系障碍（ASD）是一项重大公共卫生挑战，重金属暴露与ASD之间的潜在流行病学关联仍存在争议。本批判性综述系统分析了流行病学异质性的来源，包括暴露评估方法差异、研究设计偏倚及人群特征异质性，这些因素是当前学界争论的核心诱因。研究人员明确了现有研究的关
儿童孤独症谱系障碍（ASD）是一项重大公共卫生挑战，重金属暴露与ASD之间的潜在流行病学关联仍存在争议。本批判性综述系统分析了流行病学异质性的来源，包括暴露评估方法差异、研究设计偏倚及人群特征异质性，这些因素是当前学界争论的核心诱因。研究人员明确了现有研究的关键空白，如缺乏纵向研究数据及机制层面证据，并提出了推进重金属在ASD发生发展中作用认知的未来研究优先级。研究选取铅（Pb）、镉（Cd）、汞（Hg）、砷（As）为目标重金属，检索PubMed、Scopus数据库及Google Scholar搜索引擎，纳入同时包含选定“暴露关键词”与“结局关键词”的人类流行病学原创研究论文。最终共纳入36篇全文文献，未对年龄、性别、地域及种族/民族进行限制。研究结果显示，产前及儿童期尿液、血液、毛发中As与Cd暴露水平与ASD结局的关联不一致；相比之下，产前及生命早期血液与毛发样本中升高的Pb和Hg浓度，即使在调整关键人口学及环境混杂因素后，仍与ASD风险升高及症状严重程度增加存在显著且一致的关联。鉴于残留混杂可能性及暴露评估方法的异质性，上述结果需谨慎解读。未来亟需开展大样本前瞻性队列研究以明确因果关系，同时有必要对相关生物标志物进行路径分析以阐明生物学机制。
1 Introduction
孤独症谱系障碍（ASD）以社交互动与沟通障碍、持续性重复行为、活动受限、感觉过敏、语言发育迟缓及智力残疾为核心临床特征，是全球范围内危害各年龄段人群最严重的神经发育障碍之一。近年来ASD的全球患病率与发病率呈显著上升趋势，美国2014年的患病率达1/68，远高于1980-1990年的4-5/10,000；英国8岁儿童的患病率为1/64。全球约报告5200万ASD病例，男性严重程度约为女性的5倍。现有研究提示，社会人口学与生活方式因素、营养改变、免疫影响、遗传与表观遗传改变，以及持久性与非持久性环境外源化学物暴露，均可能在ASD的发生发展中发挥关键作用。在各类环境化学物中，重金属因环境持久性强、半衰期长且进入机体后易生物富集而备受关注。人群主要通过食用食品、海洋生物，饮用受污染水及吸入污染空气暴露于重金属，尿液、血液、指甲、毛发等基质是重金属暴露水平人体生物监测的常用样本。重金属作为神经毒素，可诱导神经发育与行为异常。
尽管已有大量人群流行病学研究探讨重金属生物监测与ASD的关联，但现有证据的一致性仍需厘清。既往发表的综述多聚焦于广泛的环境毒物，未严格限定于重金属，或仅针对单一金属、特定评估年龄段，侧重ASD病因或机制探讨，缺乏对全生命周期单种及混合重金属暴露与ASD风险、严重程度的系统性总结。本综述旨在全面梳理各类重金属单独及联合暴露与ASD及其严重程度、全生命周期各阶段风险的关联，解析暴露评估、研究设计、人群差异导致的流行病学异质性，明确纵向研究与机制探索的研究空白，并提出未来研究方向。
1.1 Mechanistic Overview
尽管已有若干 plausible 机制假说阐释重金属诱导神经发育障碍的路径，但其参与ASD发生发展的确切作用仍未明确。现有毒理学证据表明，慢性重金属暴露可通过阻断抗氧化分子的巯基抑制抗氧化活性，升高氧化应激水平，降低包括脑组织在内的多组织解毒能力，进而诱发线粒体功能障碍、神经炎症及表观遗传失调——这些均是ASD病理生理过程的关键生物学通路。上述级联反应可能影响儿童早期神经行为发育，最终升高ASD发病风险。毒理学研究证实，Pb、Hg等重金属可在妊娠及生命早期轻松穿透血脑屏障，干扰胎儿与婴幼儿大脑的关键发育进程。发育中大脑在产前及产后早期对毒性损伤尤为敏感，这与该阶段高代谢需求、抗氧化防御系统不成熟，以及神经元增殖、迁移、突触形成、髓鞘化等进程持续活跃密切相关。
图1展示了产前与产后重金属暴露通过多通路互作介导儿童ASD发生的机制概览。产前暴露可触发母体免疫激活，表现为促炎细胞因子（IL-6、IL-1β、TNF-α）水平升高、胎盘免疫反应激活及胎儿脑内细胞因子谱改变。重金属还可通过诱导氧化应激、炎症信号激活、内分泌紊乱及胎盘转运功能与屏障完整性受损，破坏胎盘正常功能，进而改变胎儿对炎症介质及毒物的暴露水平。产后重金属暴露可促进活性氧过度生成，降低抗氧化防御能力，导致氧化应激状态。这一过程可进一步造成DNA、蛋白质及脂质损伤，干扰线粒体生物能量代谢，损害正常细胞信号通路，最终诱发小胶质细胞激活、慢性神经炎症、兴奋/抑制性神经递质失衡、突触功能障碍及神经元连接异常——上述改变均被证实与ASD相关神经发育异常密切相关。综上，现有证据支持多因素模型：重金属暴露可与遗传易感性及其他环境危险因素交互作用，通过母-胎-胎盘轴及发育中大脑的多个环节干扰神经发育进程，参与ASD的发病机制。
2 Materials and Methods
2.1 Selections of Heavy Metals
本研究以密度＞5 g/cm3作为重金属的核心定义依据，选取世界卫生组织（WHO）列为十大公共卫生关切化学物中的砷（As）、镉（Cd）、铅（Pb）、汞（Hg）为目标重金属。这四种金属因高毒性被环境研究者公认为重金属暴露对人类健康的主要威胁，其健康危害已被美国疾病控制与预防中心（CDC）及WHO等国际机构反复评估，相关研究证据最为充分，因此纳入本综述。
2.2 Literature Searching, Identification, and Screening
研究人员检索Google Scholar搜索引擎、PubMed及Scopus数据库，以“重金属”“有毒金属”“砷”“镉”“汞”“铅”为暴露关键词，与“孤独症”“孤独症谱系障碍”“阿斯伯格综合征”“广泛性发育障碍-未特定型”“雷特综合征”“童年瓦解性障碍”等结局关键词组合检索人类流行病学原创研究（含全文与短篇报道）。检索过程对PubMed进行期刊论文、人类研究、英语文献过滤，对Scopus进行相应精炼，并追溯纳入文献的参考文献以获取潜在相关研究。最终检索记录为：Google Scholar 290篇、PubMed 10,195篇、Scopus 6,099篇，由两名作者独立完成数据库检索与记录提取，第一名作者交叉核对、筛选合格文献并验证记录。
2.3 Inclusion and Exclusion Criteria
纳入标准包括：（a）流行病学研究（队列、横断面、病例对照研究）；（b）涵盖全生命周期目标重金属暴露与ASD评估（采用标准化评估工具或临床诊断）；（c）以尿液、血液、毛发、指/趾甲等生物样本而非环境介质进行重金属人体生物监测；（d）发表时间为2001-2025年；（e）纳入所有统计学关联类型（正相关、负相关、零关联）；（f）评估单金属或混合金属暴露效应，或两者兼有；（g）英语撰写。排除标准包括：无摘要、临床试验、对照试验、综述、系统综述、Meta分析、细胞实验、动物实验、社论、评论、研究方案、假说、信件，以及仅比较ASD与非ASD人群暴露水平、探究与其他疾病关联、单纯人体生物监测及生态学研究的文献。最终共纳入36篇符合标准的文献，由两名作者独立整理研究信息，第一名作者交叉核对纳入排除标准与研究核心发现，表格内容涵盖研究设计、研究对象、ASD评估方法、重金属暴露水平、协变量及核心结果，纳入所有方向的关联以避免选择偏倚。
3 Results
本次纳入的36项人类流行病学研究均探讨了As、Cd、Hg、Pb与ASD相关结局的关联，以病例对照研究为主，其余为队列研究与横断面研究。表2汇总了各重金属与ASD相关结局的关联方向及阳性结果占比：Pb共纳入27项研究，阳性关联16项（59.3%）、零关联8项（29.6%）、负关联3项（11.1%），阳性结果中病例对照研究占56.3%、横断面研究占25.0%、队列研究占18.7%；Hg共纳入26项研究，阳性关联12项（46.2%）、零关联11项（42.3%）、负关联3项（11.5%），阳性结果中病例对照研究占58.3%、横断面研究占16.7%、队列研究占25.0%；Cd共纳入15项研究，阳性关联7项（46.7%）、零关联8项（53.3%），无负关联报告，阳性结果中病例对照研究占71.4%、横断面研究占14.3%、队列研究占14.3%；As共纳入14项研究，阳性关联7项（50.0%）、零关联7项（50.0%），无负关联报告，阳性结果中病例对照研究占71.4%、横断面研究占14.3%、队列研究占14.3%。
表3按暴露基质总结了重金属与ASD的关联特征：Pb暴露基质中，血液12项研究阳性5项（41.7%）、零关联5项（41.7%）、负关联2项（16.7%）；毛发3项研究阳性1项（33.3%）、零关联2项（66.7%）；指/趾甲1项研究为零关联；尿液5项研究阳性4项（80.0%）、负关联1项（20.0%）。Hg暴露基质中，血液12项研究阳性4项（33.3%）、零关联5项（41.7%）、负关联3项（25.0%）；脐带血2项研究均为零关联；毛发5项研究阳性1项（20.0%）、零关联4项（80.0%）；尿液4项研究阳性2项（50.0%）、零关联2项（50.0%）。Cd暴露基质中，血液4项研究阳性2项（50.0%）、零关联2项（50.0%）；毛发2项研究阳性1项（50.0%）、零关联1项（50.0%）；指/趾甲1项研究为零关联；尿液3项研究阳性1项（33.3%）、零关联2项（66.7%）。As暴露基质中，血液3项研究阳性1项（33.3%）、零关联2项（66.7%）；毛发2项研究阳性1项（50.0%）、零关联1项（50.0%）；尿液4项研究阳性3项（75.0%）、零关联1项（25.0%）。
3.1 Findings From Cohort Studies
6项队列研究中，5项为母婴配对研究，样本量458-1784例；1项为英国出生队列，纳入母亲4484例、儿童3885例。母亲年龄范围为≥18岁至≥42岁。2项研究检测了妊娠6-42周期间母体生物样本中的四种目标重金属，几何平均浓度分别为As 0.82-1.65 μg/L、Cd 0.20-0.22 μg/L、Hg 1.17-3.53 μg/L、Pb 1.64-8.35 μg/L。1项挪威队列研究显示，妊娠期母体血As水平第二四分位数较第一四分位数ASD风险升高（OR=1.77，95%CI：1.26-2.49），Cd最高四分位数ASD风险亦显著升高（OR=1.57，95%CI：1.07-2.31），而Hg各四分位数较第一四分位数风险均降低。3项研究分别显示，母体血Hg、毛发甲基汞（MeHg）水平与ASD严重程度及风险无关联或呈负关联；1项韩国出生队列研究发现，妊娠晚期、脐带血及2岁、3岁儿童血Hg水平翻倍均与5岁时社会反应量表（SRS）T评分呈显著正相关，妊娠晚期及3岁时血Hg水平还与ASD表型风险升高相关。1项韩国儿童队列研究显示，7-8岁时血Pb浓度与11-12岁时孤独症谱系筛查问卷（ASSQ）及SRS评分呈显著正相关。1项加拿大母婴队列研究则发现，高妊娠Pb浓度与SRS评分分布第90百分位的轻度升高弱相关。
3.2 Findings From Cross-Sectional Studies
5项横断面研究纳入1-17岁儿童，样本量18-512例。多项研究结果显示，血Pb、毛发Hg与ASD严重程度呈显著正相关；血Hg与ASD严重程度的关联在不同研究中存在差异，部分研究报道正相关，部分为零关联。As、Cd与ASD的关联则呈现不一致性，部分研究报道阳性关联，部分为阴性或零关联，调整潜在协变量后结果仍无统一趋势。
3.3 Findings From Case-Control Studies
25项病例对照研究纳入2-16岁儿童青少年，暴露基质涵盖血液、尿液、毛发、指/趾甲。关于Hg，18项研究检测了血或尿Hg浓度，多数报道其与ASD风险及严重程度呈显著正相关，部分研究为零关联；毛发与指/趾甲Hg与ASD的关联同样异质性显著，2项牙买加研究报道血Hg与ASD呈负关联。关于Pb，17项研究检测了血、尿或毛发Pb浓度，多数报道血、毛发Pb与ASD风险及严重程度呈显著正相关，部分研究为零关联，3项牙买加研究报道调整后血Pb与ASD呈负关联。关于As，10项研究检测了血、尿或毛发As浓度，4项报道阳性关联，其余为零关联。关于Cd，10项研究检测了血或尿Cd浓度，多数报道零关联，仅3项报道阳性关联。整体而言，现有研究均未分析重金属与ASD的年龄依赖性关联，性别分层报告匮乏，无研究探讨混合金属暴露效应，仅少数研究调整种族/民族混杂，但未进行种族分层分析，近半数研究未调整候选混杂因素，已调整的协变量多未考虑因果路径，存在残留混杂可能。
4 Discrepancies, Research Gaps, and Future Perspectives
本综述纳入的36项研究结果显示，产前及儿童期血、尿、毛发中As、Cd暴露水平与ASD的关联不一致；产前及生命早期急性与慢性Pb、Hg暴露则与儿童ASD存在关联，但目前尚无年龄、性别、种族分层关联的证据。现有研究存在多方面局限性：前瞻性队列研究数量有限，多数研究样本量不足，可能导致统计效能偏低及结果偏倚；研究样本多来自特定地理区域与人群，选择偏倚可能导致结果外推受限；多数研究为单次时点采样，无法反映早期暴露动态；ASD诊断工具不统一，多数研究采用单一量表评估，缺乏临床诊断交叉验证，可能引入测量偏倚；暴露基质选择各异，血液、尿液多反映近期暴露，毛发、指/趾甲反映长期暴露，多数研究仅采用单一基质，难以全面评估暴露特征；不同研究人群的暴露剂量、暴露持续时间、饮食结构与代谢特征存在差异，可能是关联异质性的重要原因；仅少数研究调整种族/民族混杂，无研究进行种族分层分析以探讨遗传易感性、代谢差异的影响；多数研究采用传统线性回归分析，无法评估混合金属暴露的联合效应，也未采用有向无环图筛选合适的混杂因素、排除碰撞因子与中介变量；现有研究未结合生物标志物进行中介或路径分析，无法阐明生物学机制；多数研究未明确重金属暴露来源（膳食、饮水、空气污染等），难以识别可干预的风险因素。
4.1 High Priority Research Gaps
当前研究存在五大高优先级空白：第一，缺乏包含重复暴露测量的前瞻性队列研究，现有证据多来自横断面或病例对照研究，依赖单时点暴露数据，亟需开展覆盖产前、婴儿期、儿童早期等关键发育窗口的大样本纵向出生队列，进行重复生物监测以明确时间关联，支持因果推断。第二，尚无研究采用贝叶斯核机器回归（BKMR）、广义加权分位数和（gWQS）回归、分位数-g-计算（qgcomp）等先进多污染物统计模型，探讨As、Cd、Hg、Pb联合暴露对ASD风险及严重程度的影响，而人群实际暴露于复合金属混合物而非单一污染物。第三，现有研究完全缺失年龄、性别、种族/民族的效应修饰评价，鉴于ASD男性患病率约为女性的4倍，且诊断存在种族/民族差异，这一空白亟待填补。第四，尽管毒理学已提出氧化应激、神经炎症等 plausible 机制通路，但流行病学研究极少测量相关生物标志物（如F2-异丙前列腺素反映氧化应激、细胞因子反映神经炎症）以支持中介或路径分析，整合机制生物标志物是阐明因果通路的核心。第五，重金属暴露的具体来源与可修饰危险因素尚未明确，多数研究未区分膳食、饮水、空气污染等暴露途径，也未系统评估营养状况、解毒酶基因多态性等效应修饰因子，识别可干预因素是制定有效预防策略的关键。
5 Conclusions
重金属暴露与ASD的关联呈现显著的金属特异性与异质性。As与Cd的证据以零关联为主，约50%的As研究、53%的Cd研究未发现显著关联。Hg的关联异质性较高，约46%的研究报道阳性关联，42%为零关联，12%为逆关联。Pb的阳性信号相对一致，约60%的研究报道阳性关联，30%为零关联，10%为负关联。综上，本综述不支持“重金属整体与ASD相关”的一概而论结论，现有证据提示Pb与Hg可能在某些人群、特定暴露条件下升高ASD风险或加剧症状严重程度。但鉴于研究间显著的异质性、残留混杂可能性及普遍存在的 methodological 局限性，上述结论需谨慎解读。未来需通过大样本前瞻性队列研究与机制生物标志物探索，进一步明确两者的因果关联。
