《Ecotoxicology and Environmental Safety》：Joint effects of multi-metal exposure on Autism Spectrum Disorder: Associations, related genes, and biological pathways
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摘要翻译：自闭症谱系障碍（Autism Spectrum Disorder, ASD）是一种常见的、多因素导致的神经发育障碍，其病因复杂。异常金属暴露与ASD发病机制相关，但多金属暴露的独立效应和联合效应仍不清楚。本研究在一项病例对照研究中调查了金属暴露与AS
摘要翻译：自闭症谱系障碍（Autism Spectrum Disorder, ASD）是一种常见的、多因素导致的神经发育障碍，其病因复杂。异常金属暴露与ASD发病机制相关，但多金属暴露的独立效应和联合效应仍不清楚。本研究在一项病例对照研究中调查了金属暴露与ASD之间的关联，研究对象包括214名3–8岁儿童，其中112例ASD病例和102例对照。采用电感耦合等离子体质谱法（Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry, ICP-MS）测量血浆中15种金属的浓度。使用逻辑回归和限制性立方样条模型（Restricted Cubic Spline, RCS）评估金属与ASD之间的关联。结果表明，较高的血浆铅（Pb）浓度与ASD独立相关，而硒（Se）呈负相关。这些发现进一步得到了使用Firth逻辑回归和自举重采样的敏感性分析的支持。贝叶斯核机器回归（Bayesian Kernel Machine Regression, BKMR）和分位数g计算（Quantile g-Computation, Qgcomp）模型显示，当Se纳入分析时，Pb和镍（Ni）对ASD的联合效应减弱。此外，对公共数据的分析确定了九个可能与金属暴露和ASD相关的候选基因。对本地样本的RT-qPCR分析证实了候选基因的差异表达，这些基因在功能上与神经发育相关通路有关，包括甲状腺激素信号传导、mTOR/AMPK信号传导和突触可塑性。总体而言，这项研究表明特定的血浆金属谱可能与ASD相关，并强调了考虑多金属暴露模式的潜在相关性。需要进一步的纵向研究和实验调查来确定金属暴露与ASD之间关联的时间关系及潜在生物学机制。
多金属暴露与自闭症谱系障碍关联的论文解读
**研究背景与问题**
自闭症谱系障碍（Autism Spectrum Disorder, ASD）是一种复杂的神经发育障碍，以社交沟通缺陷和重复刻板行为为核心特征，全球约1%的儿童受其影响，且患病率呈快速上升趋势。目前ASD缺乏特效药物治疗，主要依赖行为干预，因此阐明病因并制定预防策略至关重要。遗传因素在ASD中起重要作用，但环境暴露作为遗传易感性的修饰因素日益受到关注。金属暴露在发育关键期可能影响神经发育结局，既往研究多聚焦单一金属的神经毒性，但现实环境中人类常暴露于多种金属的复杂混合物，其联合健康效应可能显著不同于单一金属暴露。已有证据表明多金属共暴露可通过协同或相加作用加重神经毒性，然而必需微量元素与重金属在真实条件下的联合神经效应仍不清楚。多暴露模型如Qgcomp和BKMR能够捕捉多金属暴露的协同、拮抗和相加效应，并考虑非线性关联，但在ASD研究中的应用仍然有限。因此，研究人员开展了一项病例对照研究，旨在系统评估多金属暴露与ASD的独立及联合关联，并探索可能涉及的基因和生物学通路。
**主要技术方法**
研究人员在中国南宁招募了214名3–8岁儿童（112例ASD病例和102例对照），分两批入组：第一批62例ASD和52例对照用于金属关联分析，第二批50例ASD和50例对照用于候选基因验证。采用电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）测量血浆中15种金属浓度。统计方法包括逻辑回归、限制性立方样条（RCS）、贝叶斯核机器回归（BKMR）和分位数g计算（Qgcomp），并进行了多项敏感性分析。基因分析利用比较毒物基因组学数据库（CTD）和SFARI Gene数据库识别金属相关及ASD相关基因，通过RT-qPCR验证外周血单核细胞（PBMCs）中候选基因的表达差异。
**研究结果**
**参与者特征**：ASD组男孩比例更高、年龄更大，孕期二手烟暴露更常见，微量元素补充剂使用和家庭高收入比例较低。
**单一金属暴露与ASD的关联**：血浆Pb浓度每增加一个四分位间距（IQR），ASD的比值比（OR）为7.28（95% CI: 2.85–24.07），呈显著正相关；Se浓度与ASD呈负相关（OR=0.87, 95% CI: 0.80–0.93）。Ni呈提示性正相关但FDR校正后不显著。RCS模型未发现Pb、Ni、Se的非线性关联，但Co、Cd、Ba、Tl呈显著非线性关联。
**多金属暴露与ASD的关联**：BKMR模型中，Pb和Ni单独纳入时均呈正暴露-反应关联，联合效应随暴露分位数增加而增强；当Se纳入模型后，正性联合关联减弱。Qgcomp模型显示，Pb和Ni共暴露与ASD显著正相关（OR=1.30, 95% CI: 1.12–1.52），但加入Se后关联减弱（OR=1.01, 95% CI: 0.84–1.21）。Pb对正性关联贡献最大（权重0.81），Se表现出强负权重（-1.00）。
**共表达基因与富集分析**：通过CTD和SFARI数据库交集分析，识别出9个与Pb、Ni、Se和ASD共同相关的候选基因：CDH2、KIF5C、MED13L、MTOR、SETD5、TSC2、ACTB、NF1和SATB1。GO和KEGG富集分析显示这些基因涉及甲状腺激素信号传导、RNA聚合酶III介导的转录调控、脑形态发生和mTOR/AMPK信号通路等神经发育相关通路。RT-qPCR验证显示，ASD组中ACTB、MED13L、MTOR、TSC2、SETD5、KIF5C和CDH2的表达水平显著低于对照组（FDR校正p<0.05）。
**讨论与结论**
研究结果表明，血浆Pb浓度升高与ASD风险增加相关，而Se浓度升高与风险降低相关，且Se可减弱Pb和Ni的正性联合效应。这些关联在BKMR和Qgcomp模型中保持一致。识别出的候选基因在神经发育中发挥关键作用，如维持细胞骨架完整性（ACTB）、调节mTOR信号（MTOR、TSC2）、调控转录（MED13L）、表观遗传调控（SETD5）、微管相关运动蛋白（KIF5C）和细胞粘附（CDH2）等。但研究存在局限性：病例对照设计无法确定因果关系，可能存在残余混杂和选择偏倚，血浆金属浓度反映近期暴露而非长期暴露，基因表达（PBMCs）可能不能完全反映中枢神经系统变化。结论指出，多金属暴露模型提示Pb与ASD正相关、Se负相关，Se的纳入减弱了Pb和Ni的联合效应，并识别了可能关联金属暴露与ASD的候选基因和通路，但需要纵向研究和机制实验进一步验证因果和生物学意义。
