PM2.5在高温与低温条件下对精子运动能力的协同与拮抗作用：一项前瞻性队列研究的证据

《Environmental Pollution》：Synergistic and antagonistic interactions of PM 2.5 with high and low temperatures on sperm motility: Evidence from a prospective cohort study

　　

摘要

鉴于温度和细颗粒物（PM_2.5）可能通过氧化应激、炎症以及内分泌紊乱等相互重叠的生物途径共同影响精液质量，而目前关于二者相互作用的流行病学证据仍较为有限，因此我们开展了这项研究以评估二者之间的关联及潜在相互作用。我们采用带自然三次样条的线性混合模型来分析温度与精液质量之间可能的非线性关联。为进一步探究这些关联是否因PM_2.5暴露水平的不同而有所差异，我们在低温度和高温度区间内，分别对高PM_2.5暴露组和低PM_2.5暴露组进行了分层分段回归分析。在0-90天、0-9天以及10-14天的暴露周期内，温度与精液质量呈倒U形关联。进一步的分层分段回归分析表明，高温与PM_2.5之间存在协同作用，而低温与PM_2.5则存在拮抗作用，这类作用主要影响精子的前向运动能力及总运动能力。我们的研究结果表明，PM_2.5可能会改变温度暴露与精子质量之间的关联，尤其是对精子的前向运动能力和总运动能力的影响，而高温与PM_2.5的共同作用值得在男性生殖健康研究与预防工作中予以更多关注。

引言

在育龄夫妇中，不孕症通常被定义为在规律的无保护性行为一年后仍未实现临床妊娠（Hansen等人，2010年）。全球范围内，约有15%的育龄夫妇受到不孕症的影响，这一问题越来越被视为严重的公共卫生问题。男性因素导致了20%到40%的不孕症病例。近几十年来，多项研究显示，全球男性的精液质量、精子总数以及浓度均出现了50%-60%的显著下降（Levine等人，2017年）。一项中国开展的流行病学研究显示，2001年至2015年间，符合精子捐赠条件的男性比例从56%下降到了18%。与此同时，精液质量也有所恶化，其浓度、前向运动能力以及形态正常的精子比例均下降了30%-60%（Hoang-Thi等人，2022年；Huang等人，2017年）。尽管已有大量研究探讨精液质量下降的问题，但其确切病因至今仍未完全明确。不良的生活方式因素、环境污染物以及气象条件都被认为可能对精液参数产生负面影响。

温度与精液质量也存在关联（Ramírez等人，2023年；Santi等人，2016年；Zhang等人，2024年）。实验动物研究表明，较高的温度会损害公牛和小鼠的精子形态及运动能力（Li等人，2023年；Llamas-Luce?o等人，2020年；Meistrich等人，1973年；Thundathil等人，2012年）。一项意大利的流行病学研究也发现了温度与精液质量之间的关联（Santi等人，2016年）。在中国广东开展的一项研究则表明，温度变化仅与精子数量减少有关（Xiao等人，2022年）。同样，广东的另一项研究也发现温度暴露与所检测的八项精液参数均存在负相关关系，这些参数包括六项常规的精液质量指标以及形态正常精子的比例和总数（Zhang等人，2023年）。值得注意的是，武汉的一项研究显示，精子质量在最佳温度范围内达到峰值，而环境温度过高或过低都会导致精液参数下降（Zhou等人，2020年）。武汉和安徽地区的其他独立研究也报告了类似的非线性关系（Ma等人，2024年；Wang等人，2020年）。此外，安徽地区的一项研究还表明，精子数量极易受到极端高温和低温的负面影响（Zhang等人，2024年）。

细颗粒物（PM_2.5）是另一种会影响精子质量的重大环境污染物。2000年开展的一项针对农村和城市人群的比较研究显示，空气污染暴露程度越高，精液质量可能越差（Selevan等人，2000年）。这些颗粒物被吸入后会沉积在远端气道及气管支气管区域。尤其需要注意的是，超细颗粒物（小于0.1微米）能够穿透肺泡-毛细血管屏障，进入全身血液循环（Carvalho等人，2011年）。随后，它们会分布到全身各处，对呼吸系统、心血管系统以及生殖系统造成有害影响（Qiu等人，2012年；Zhang等人，2018年）。为填补这一知识空白，我们利用安徽省的一个大型辅助生殖技术队列，研究了温度和PM_2.5暴露与精子质量之间的关联。

尽管已有众多研究探讨温度或PM_2.5暴露与精子质量之间的关联，但关于这两种因素是否可能通过氧化应激、炎症、内分泌失调以及睾丸功能受损等相互重叠的生物机制共同影响精液质量的流行病学证据仍然十分有限（Akhigbe等人，2025年；Bahreiny等人，2024年；Gao等人，2022年；Hannan等人，2024年；Omolaoye等人，2024年；Shahat等人，2020年；Wang等人，2025年）。以往的研究大多将温度和PM_2.5视为独立的暴露因素，而二者共同对精子质量产生的影响则较少被研究（Ma等人，2024年；Ma等人，2022年；Selevan等人，2000年；Zhang等人，2024年；Zhao等人，2022年；Zhou等人，2020年）。为弥补这一不足，我们进行了交互作用分析。鉴于温度与精子质量之间存在非线性关系，我们分别分析了在低温度和高温度区间内，PM_2.5是否改变了温度暴露与精子质量之间的关联。

章节节选

研究设计

安徽省位于中国中东部地区（东经114°54′至119°37′，北纬29°41′至34°38′），面积约为140,100平方公里，下辖16个地级市，人口超过6100万。本研究使用了在安徽省建立的一个前瞻性队列的数据。2015年9月1日至2020年9月22日期间，共有15,856对来自安徽省的夫妇在安徽医科大学第一附属医院生殖医学中心接受了辅助生殖治疗，他们被纳入了本研究

研究对象及特征

本研究共纳入15,112名男性，他们提供了28,267份精液分析样本。其中，5,904名参与者（39.1%）进行了多次精液分析：3,369人进行了两次分析，2,016人进行了3到5次分析，还有519人进行了5次以上的分析。这些参与者的平均年龄为31.89岁，平均BMI值为24.49，其中52.3%属于超重或肥胖人群。大多数参与者（70.02%）表示在采集精液前有3到5天的禁欲时间。在所有精液样本中，有8,922份样本（31.6%）是在

讨论

本研究发现了温度与精液质量之间存在倒U形关联。此外，似然比检验的结果也表明温度与PM_2.5之间存在交互作用。后续的分段回归分析显示，在低温区间内，温度与PM_2.5存在拮抗作用，而在高温区间内则存在协同作用。值得注意的是，经过FDR校正后，只有

结论

在这项针对15,112名受试者的队列研究中，我们发现低温区间内温度与PM_2.5存在拮抗作用，而高温区间内则存在协同作用。需要强调的是，这些交互作用仅在精子的前向运动能力及总运动能力方面具有显著性，其他精液参数则未发现显著交互作用。这些研究结果凸显出减少不利温度与PM_2.5共同暴露的重要性，尤其是

CRediT作者贡献说明

Huifen Xiang：写作——审阅与编辑、研究监督、项目管理、资金获取、概念构思。Minhao Shao：研究实施、数据整理。Hao Wu：研究实施、数据整理。Zhe Tong：研究实施、数据整理。Rongrong Jiang：研究实施、数据整理。Qinglan Zheng：研究实施、数据整理。Wenliang Li：研究实施、数据整理。Mengyao Gao：写作——审阅与编辑、研究实施、正式分析、数据整理。Wanjing Tan：写作——审阅与

未引用参考文献

Zhang等人，2023年。

伦理审批

该研究已获得安徽医科大学当地伦理委员会的批准（批准编号：20160270）。

出版许可

已获得许可。

数据与材料的可获取性

由于研究参与者的隐私问题以及相关的伦理限制，本文所依据的数据无法公开共享。如需获取这些数据，可向相应作者提出合理请求，但需遵守相关的伦理规范并获得必要的授权。

利益冲突

作者声明不存在任何利益冲突。

患者同意

已获得患者同意。

参与同意声明

这项涉及人类参与者的研究已经过安徽医科大学生物医学伦理委员会的审核并获得批准（批准编号：20160270）。所有研究流程均符合该伦理委员会的伦理标准以及《赫尔辛基宣言》的要求。研究中的所有参与者都签署了书面知情同意书。

资金支持

本研究得到了以下项目的资助：“生殖健康管理与辅助生殖人工智能软件开发”项目[项目编号2023YFC2705504]、“复发性流产临床队列中的代谢异常及其干预”项目[项目编号JKS2022012]、“安徽省优秀青年骨干人才访学培训计划”项目[项目编号gxgnfx2020087]，以及“安徽医科大学自然科学基金”

利益冲突声明

? 作者声明自己不存在任何已知的、可能影响本研究结果的财务利益冲突或个人关系。

致谢

感谢所有参与本研究的受试者以及研究团队中的工作人员。

Shuo Wang|Wanjing Tan|Mengyao Gao|Wenliang Li|Qinglan Zheng|Rongrong Jiang|Zhe Tong|Hao Wu|Minhao Shao|Huifen Xiang|Yubo Ma

安徽医科大学第一附属医院妇产科生殖医学中心，中国合肥绩溪路218号，邮编230022