女性生殖激素连接短期空气污染暴露与受损卵母细胞相关结局的关联

《Ecotoxicology and Environmental Safety》：Female reproductive hormones link short-term air pollution exposure to compromised oocyte-related outcomes

　　

在辅助生殖技术（ART）背景下，生殖激素在空气污染与卵母细胞结局关联中的作用尚不明确。研究人员在6376名接受ART的女性中，探讨了从取卵前90天至促性腺激素启动期间空气污染物暴露与卵母细胞结局之间生殖激素的中介作用。结果显示，二氧化氮（NO₂）与催乳素（PRL）呈负相关（β [95%置信区间（CI）] = -0.049 [-0.078, -0.020]），臭氧（O₃）与黄体生成素（LH）呈负相关（β [95% CI] = -0.064 [-0.093, -0.036]）和雌二醇（E₂）呈负相关（β [95% CI] = -0.137 [-0.168, -0.106]）。此外，在空气污染物混合物与激素的负相关中，O₃被一致确定为主要的风险贡献因子。E₂与所有卵母细胞结局呈负相关[β范围：-0.088至-0.072；所有错误发现率P（P-FDR）< 0.01]，而LH和PRL则显示显著正相关（β范围 = 0.028–0.419；所有P-FDR < 0.01）。基于统计假设的中介分析提示，PRL可能部分解释NO₂与总卵母细胞数之间的关联，而LH和E₂可能部分解释O₃与总卵母细胞数和成熟卵母细胞数之间的关联。网络毒理学预测，空气污染物可能通过调控TP53、EGFR和MAPK等基因，破坏激素相关通路（如雌激素信号通路），从而损害女性生育能力。总之，这项研究为空气污染对女性生殖的不良风险提供了新的流行病学证据和机制线索。

**论文解读：短期空气污染暴露通过生殖激素失调影响卵母细胞结局的流行病学与机制探索**

**研究背景与问题**
辅助生殖技术（ART）为不孕夫妇提供了生育希望，但高昂的经济成本与有限的成功率仍给患者带来沉重负担。已有研究表明，空气污染是生殖健康的潜在风险因素，可能影响ART疗效。实验证据显示，细颗粒物（PM_2.5）暴露可通过诱导卵巢颗粒细胞和卵母细胞的氧化应激、炎症和凋亡，损害胚胎发育与生殖能力。研究人员前期研究已发现，在卵母细胞发育的多个暴露窗口期，空气污染物暴露与ART女性的卵母细胞结局呈负相关，且取卵前90天至促性腺激素启动期尤为敏感。然而，这些关联背后的生物学机制尚不明确。一种可能的途径是空气污染物通过影响卵巢储备和扰乱卵巢功能的激素调控，包括促卵泡激素（FSH）、黄体生成素（LH）、催乳素（PRL）、雌二醇（E₂）和睾酮（T）等生殖激素。目前空气污染相关内分泌干扰的证据多来自毒理学或动物研究，缺乏系统评估空气污染物对女性生殖激素水平及其后续与卵母细胞结局关联的流行病学调查。基于此，研究人员假设卵泡发育期间的环境空气污染物暴露会破坏生殖激素稳态，从而减少卵母细胞数量与成熟度，并干扰受精。

**研究内容与结论**
本研究为回顾性队列研究，基于中山大学附属第一医院生殖医学中心建立的“暴露与生殖健康研究”（SEARCH）队列，纳入2017年12月至2021年8月期间接受体外受精（IVF）/卵胞浆内单精子注射（ICSI）治疗、居住于广东省的6376名女性。研究人员评估了取卵前90天至促性腺激素启动期间五种空气污染物（PM_2.5、NO₂、SO₂、CO、O₃）暴露与基础生殖激素（FSH、LH、PRL、E₂、T）及卵母细胞相关结局（总卵母细胞数、成熟卵母细胞数、正常受精卵母细胞数）的关联，并进一步通过中介分析探讨生殖激素的中介作用，同时结合网络毒理学预测潜在分子机制。研究发现：NO₂与PRL呈负相关，O₃与LH和E₂呈负相关；空气污染物混合物的联合效应分析显示，O₃是LH和E₂负相关的主要贡献者，NO₂是PRL负相关的主要贡献者。在生殖激素与卵母细胞结局的关联中，FSH和E₂（高浓度）与较差结局相关，而LH、PRL和T与较好结局相关。中介分析提示PRL部分介导NO₂与总卵母细胞数之间的关联，LH和E₂部分介导O₃与总卵母细胞数和成熟卵母细胞数之间的关联（E₂表现为抑制性中介）。网络毒理学预测空气污染物可能通过调控TP53、EGFR、MAPK等基因，干扰雌激素信号通路等内分泌相关通路，影响女性生育能力。该研究发表于《Ecotoxicology and Environmental Safety》。

**主要技术方法**
研究采用以下关键技术方法：
（1）**空气污染暴露评估**：基于土地利用随机森林（LURF）模型，利用广东省102个环境空气质量监测站数据、86个气象站数据及空间预测变量（土地利用、道路密度、人口密度等），估计每位参与者居住地址的日均污染物浓度，暴露窗口为取卵前90天至促性腺激素启动期。
（2）**生殖激素测量**：在月经周期第2-5天、首次促性腺激素注射前，采集静脉血，使用贝克曼库尔特试剂盒检测血清FSH、LH、PRL、E₂和T水平。
（3）**统计与中介分析**：采用广义线性模型（GLM）和泊松回归评估单污染物与激素及激素与结局的关联；使用分位数g计算（Qgcomp）模型评估混合物效应；基于统计假设进行中介分析，估计间接效应和直接效应。
（4）**网络毒理学**：从CTD、GeneCards等数据库获取空气污染物、生殖激素和女性不孕相关靶基因，通过蛋白互作网络（PPI）分析、GO和KEGG富集分析，构建“空气污染物-基因-通路-疾病”网络。
样本队列来源：广东省广州中山大学附属第一医院生殖医学中心SEARCH队列。

**研究结果**
**3.1 研究人群与环境暴露特征**：共纳入6376名女性，平均年龄31.82±4.48岁，73.37%小于35岁，平均BMI 21.27±2.79 kg/m2。主要不孕原因为双方因素（44.32%），继发性不孕（44.53%）略多于原发性不孕（40.84%）。采用长激动剂方案（71.22%）和拮抗剂方案（28.28%）进行控制性卵巢刺激（COS）。中位总卵母细胞数、成熟卵母细胞数和正常受精卵母细胞数分别为15.0、13.0和9.0。生殖激素中位数：FSH 5.44 IU/L，LH 3.09 IU/L，PRL 15.11 ng/mL，E₂ 31.00 pg/mL，T 0.27 nmol/L。暴露窗口期间PM_2.5、CO、NO₂、SO₂、O₃的中位浓度分别为26.25 μg/m3、0.74 mg/m3、28.48 μg/m3、8.28 μg/m3、80.12 μg/m3。

**3.2 空气污染物与生殖激素的关联**：单污染物分析显示，NO₂与PRL呈负相关（β = -0.049，95% CI: -0.078, -0.020），O₃与LH（β = -0.064，95% CI: -0.093, -0.036）和E₂（β = -0.137，95% CI: -0.168, -0.106）呈负相关。年龄分层分析显示，<35岁女性中负相关更强，但交互项不显著。混合物分析中，每增加四分位数，LH、PRL、E₂分别降低0.010、0.010、0.030，O₃和NO₂分别为主要贡献因子。

**3.3 生殖激素与卵母细胞结局的关联**：FSH与总卵母细胞数（β = -0.274）、成熟卵母细胞数（β = -0.261）和正常受精卵母细胞数（β = -0.272）均呈负相关（P-FDR < 0.001）。LH、PRL、T与所有结局呈正相关。E₂呈非线性关系：第二四分位数与结局正相关，最高四分位数与结局负相关。混合物分析中，每增加四分位数混合物，总卵母细胞数减少0.010，FSH为最强负贡献者，LH为最强正贡献者。

**3.4 生殖激素的中介作用**：基于统计假设的中介分析显示，PRL在NO₂与总卵母细胞数关联中的间接效应为-1.312（95% CI: -2.244, -0.364）；LH在O₃与总卵母细胞数和成熟卵母细胞数关联中的间接效应分别为-1.399和-1.333；E₂的间接效应为正（0.239和0.178），呈现抑制性中介模式。

**3.5 “空气污染物-基因-通路-疾病”网络构建**：通过交集分析获得7076个重叠基因，PPI网络识别出15个枢纽基因（如TP53、EGFR、MAPK1等）。GO分析显示基因富集于TORC1信号调控、流体剪切应力响应等生物学过程，KEGG分析富集于促性腺激素释放激素信号、雌激素信号、甲状腺激素信号等通路。最终构建的网络提示空气污染物（如O₃）可能通过调控TP53、SRC、MAPK3等基因，影响内分泌稳态和激素相关通路，导致女性不孕。

**讨论与结论**
讨论部分总结：研究结果表明，取卵前90天至促性腺激素启动期间的环境空气污染物单次和混合暴露与生殖激素水平改变显著相关，且激素水平变化与卵母细胞结局显著相关。基于统计假设的中介分析提示生殖激素部分解释空气污染物暴露与卵母细胞结局的关联。探索性网络毒理学分析为这些流行病学关联提供了理论基础和机制线索，提示内分泌相关信号通路（如雌激素信号通路）可能是空气污染物影响女性生殖健康的潜在分子机制。研究还讨论了年龄分层效应、激素的双向作用（如PRL的生理与病理差异）、E₂的非线性关系以及O₃可能通过HPG轴影响LH和E₂的生物学合理性。研究优势包括：同时评估多种空气污染物、激素和卵母细胞结局；使用高分辨率LURF模型；结合流行病学与网络分析；大样本量。局限性包括：未调整吸烟、饮酒等混杂因素；暴露评估基于居住地址；研究对象为ART人群，外推性有限；未排除极端天气或疫情限制影响；网络毒理学结果未直接验证。

**结论**：研究结果表明，环境空气污染，特别是O₃和NO₂，可能通过部分扰乱生殖激素而对接受ART女性的卵母细胞结局产生不利影响。网络毒理学进一步预测，激素相关信号通路（包括雌激素和甲状腺激素信号）可能参与其中。这些发现增进了研究人员对空气污染生殖毒性的理解，为未来机制研究提供了线索，并为接受ART女性的暴露预防和个体化临床管理提供了科学依据。