产前暴露于PM2.5及其化学成分与儿童早期肥胖的关联：一项基于人群的研究

《Ecotoxicology and Environmental Safety》：Association of prenatal exposure to PM 2.5 and its chemical constituents with early childhood obesity: A population-based study

　　

越来越多的证据将妊娠期细颗粒物（PM_2.5）暴露与儿童肥胖风险升高联系起来，然而关于不同PM_2.5化学成分的联合影响及各自贡献的研究仍然有限。这项大型人群前瞻性研究纳入了来自中国辽宁省的339,435对母婴。研究人员使用高分辨率大气再分析数据估算了产前暴露于PM_2.5及其五种主要化学成分（有机质（OM）、黑碳（BC）、铵盐（NH??）、硝酸盐（NO??）、硫酸盐（SO?2?））的水平。采用分位数g计算（QGC）方法研究PM_2.5化学成分混合物的联合关联以及每种成分对儿童生命前两年超重/肥胖（OwOb）风险的相对贡献。在单污染物模型中，产前暴露于PM_2.5总质量（每四分位距，比值比（OR）=1.050，95%置信区间（CI）：1.036, 1.064）和五种化学成分中的四种（OM：OR=1.058, 95%CI：1.043, 1.072；NH??：OR=1.048, 95%CI：1.035, 1.062；NO??：OR=1.048, 95%CI：1.033, 1.064；BC：OR=1.033, 95%CI：1.020, 1.047）与后代OwOb风险增加呈正相关。多种PM_2.5化学成分混合物每增加一个四分位数与OwOb风险增加相关（OR=1.063, 95%CI：1.050, 1.076），其中OM（54.1%）、NH??（34.4%）和NO??（11.5%）是混合物总体效应的主要贡献者。这些发现强调，调控关键PM_2.5化学成分是减轻产前空气污染对儿童代谢健康不利影响的重要公共卫生策略。

**论文解读文章**

**研究背景与问题**
大气细颗粒物（PM_2.5）污染已被确认为全球重大公共卫生威胁，其对人类全生命周期的健康影响已得到充分证实。尽管中国等国家近年来实施了严格的空气污染控制策略，显著降低了环境PM_2.5水平，但越来越多的证据表明，即使是低至中等浓度的PM_2.5暴露仍可能对母婴健康构成风险。妊娠期是胎儿器官发生和成熟的关键窗口期，发育中的胎儿对PM_2.5暴露尤为敏感。健康与疾病发育起源（DOHaD）理论指出，孕期的有害暴露可能产生跨代不良效应，导致后代代谢紊乱及儿童期肥胖。鉴于儿童肥胖的流行趋势及其与儿童期和成年期疾病负担的强关联，阐明孕期PM_2.5暴露对后代肥胖发展的影响并制定针对性预防策略至关重要。

现有流行病学研究结果不一致：部分研究将产前PM_2.5暴露与儿童体质指数（BMI）z评分升高及超重/肥胖风险增加相关联，而另一些研究则观察到负向关联或无显著关联。这些研究仅关注PM_2.5总质量，忽视了PM_2.5是由多种化学成分组成的复杂混合物，且不同成分的化学特征和相对比例在不同地区和研究人群中差异显著。各成分具有不同的毒性效应：铵盐和有机质可触发全身性炎症和氧化应激，从而扰乱代谢调节并促进脂肪堆积；而硫酸盐等离子可能对能量代谢产生较弱或相反的影响。因此，PM_2.5的致肥胖效应可能由其特定化学成分而非总颗粒质量驱动。然而，不同PM_2.5成分的联合效应及相对贡献仍不清楚。这种成分异质性可能部分解释了既往研究结果的不一致性，突出了探索妊娠期PM_2.5各成分与后代肥胖风险关联的重要性。

**研究概述与结论**
本研究是一项基于人群的大型前瞻性队列研究，旨在探讨产前暴露于PM_2.5及其主要化学成分与后代肥胖风险的关系，并评估各成分的相对贡献。研究人员假设不同PM_2.5成分对儿童的致肥胖效应存在差异。研究纳入辽宁省妇幼保健登记系统中的339,435对母婴，利用清华大学及其合作机构开发的追踪空气污染（TAP）框架获取高分辨率（1 km×1 km及10 km）的PM_2.5总质量及五种主要化学成分（有机质（OM）、黑碳（BC）、硝酸盐（NO??）、铵盐（NH??）、硫酸盐（SO?2?））浓度数据，通过百度地图API将参与者居住地址地理编码并与网格数据匹配，计算整个孕期及三个孕期的暴露水平。儿童超重/肥胖（OwOb）定义为年龄和性别特异性身长别体重z评分（WFLZ）≥2。采用广义估计方程（GEE）分析纵向关联，分位数g计算（QGC）方法评估混合物联合效应及成分贡献。

研究得出以下主要结论：产前PM_2.5总质量暴露（每四分位距增量，OR=1.050, 95%CI: 1.036, 1.064）及OM、NH??、NO??、BC四种成分均与0–2岁后代OwOb风险增加显著正相关；而SO?2?未显示显著主关联。混合物分析显示，五种化学成分每增加一个四分位数，OwOb风险升高（OR=1.063, 95%CI: 1.050, 1.076），其中OM贡献最大（54.1%），其次为NH??（34.4%）和NO??（11.5%）。该研究首次系统阐明了PM_2.5化学成分特异性的跨代致肥胖效应，并基于DOHaD理论揭示了生物学机制：OM含有亲脂性有毒物质（如多环芳烃、挥发性有机化合物），可穿透胎盘激活母-胎系统性炎症和氧化应激，通过NF-κB炎症信号通路促进胎儿循环中促炎细胞因子（如TNF-α、IL-6）上调，损害胎儿脂肪细胞分化、脂质代谢和胰腺β细胞发育，导致先天性胰岛素抵抗和出生后脂肪过度积累；同时OM可扰乱胎儿下丘脑-垂体-肾上腺（HPA）轴稳态，改变发育性神经内分泌编程。水溶性无机成分中，NH??通过胎盘后扰乱胎儿氮和氨基酸稳态，损害胎盘营养转运功能，诱导胎儿代谢性营养过剩，持久增强出生后脂质生成基因表达；NO??暴露诱导胎儿亚硝化应激并扰乱甲状腺激素稳态，从而失调胎儿脂解和脂肪生成。BC可在胎盘组织中积累，诱导胎盘氧化损伤和血管功能障碍，加剧胎儿代谢编程紊乱。

该研究的重要意义在于，强调了调控PM_2.5关键化学成分（尤其是OM、NH??、NO??）是减轻产前空气污染对儿童代谢健康不利影响的重要公共卫生策略。论文发表在《Ecotoxicology and Environmental Safety》。

**主要关键技术方法**
本研究采用的主要关键技术方法包括：（1）暴露评估：基于TAP框架，整合卫星遥感数据、地面观测、排放清单和模型模拟，获取PM_2.5总质量（1 km分辨率）及五种化学成分（10 km分辨率）的月均浓度数据，并通过百度地图API对参与者居住地址进行地理编码与网格匹配。（2）结局评估：根据世界卫生组织（WHO）儿童生长标准计算年龄和性别特异性身长别体重z评分（WFLZ），定义超重/肥胖（OwOb）为WFLZ≥2。（3）统计分析：采用广义估计方程（GEE）模型评估纵向关联，调整协变量（包括母亲年龄、民族、教育水平、就业状况、孕前BMI、居住地、孕次、妊娠季节、产前NDVI、产后第一个月喂养方式及PM_2.5成分平均浓度）；使用限制性立方样条（RCS）函数表征浓度-反应关系；采用分位数g计算（QGC）模型分析混合物联合效应及成分相对贡献，并进行了亚组分析（按NDVI、妊娠季节等分层）。样本队列来源于辽宁省妇幼保健登记系统，覆盖14个城市共79家医院和社区卫生中心。

**研究结果**
**3.1 研究人群特征**
在339,435对母婴中，89.7%的母亲年龄≤35岁，86.5%为汉族，40.7%具有大学及以上学历，68.2%居住在城市。26.3%的母亲孕前BMI≥25 kg/m2，48.6%孕次≥2，49.5%在寒冷季节受孕。婴儿中48.8%为男孩，70.4%在产后第一个月接受纯母乳喂养。OwOb患病率在出生时最低（2.1%），6个月时最高（8.4%）。

**3.2 PM_2.5总质量及化学成分分布**
研究期间，孕前PM_2.5中位浓度为33.517 μg/m3（IQR=9.274 μg/m3）。五种成分中，OM中位浓度最高（8.002 μg/m3），其次为NO??（7.613 μg/m3）、SO?2?（5.874 μg/m3）、NH??（4.890 μg/m3）、BC（1.562 μg/m3）。各成分间Spearman相关系数介于0.64–0.98，均显著（P<0.001）。平均浓度在研究期内呈现下降趋势，但化学成分组成比例逐年变化明显。

**3.3 健康效应估计**
**3.3.1 单污染物分析**
GEE模型显示，整个孕期PM_2.5总质量每增加一个IQR，后代OwOb风险增加5.0%（OR=1.050, 95%CI: 1.036, 1.064）。四种成分中，OM（OR=1.058）、NH??（OR=1.048）、NO??（OR=1.048）、BC（OR=1.033）均与OwOb风险显著正相关；SO?2?无显著主关联，但在排除喂养方式协变量的敏感性分析中，整个孕期及第一孕期SO?2?暴露亦与OwOb风险显著正相关。孕期分层分析表明，第一孕期（OR=1.065）和第二孕期（OR=1.052）PM_2.5暴露与OwOb风险显著相关，第三孕期无显著关联；OM、NH??、NO??、BC在所有三个孕期均与OwOb风险正相关。时间异质性分析显示，2018–2021年出生儿童的风险（OR=1.066）显著高于2015–2017年出生儿童（OR=1.019），且控制COVID-19疫情后结果稳健。

**3.3.2 亚组分析**
产前PM_2.5总质量及化学成分与后代OwOb的关联在低NDVI（归一化差异植被指数）地区母亲中显著更强（交互作用P<0.05）。NH??、NO??、SO?2?暴露与OwOb的关联在寒冷季节妊娠中更为显著（交互作用P<0.05）。后代性别及母亲年龄组间未发现显著差异。

**3.3.3 浓度-反应关系**
限制性立方样条（RCS）分析显示，PM_2.5总质量及各成分的剂量-反应曲线均呈显著非线性关联：低暴露水平下OR接近1.0，中等暴露水平下OR升高；高暴露水平下，PM_2.5总质量、OM、BC、SO?2?的OR略有下降，NH??保持稳定，NO??继续上升。

**3.3.4 混合物分析**
QGC分析表明，五种化学成分混合物每增加一个四分位数，后代OwOb风险升高6.3%（OR=1.063, 95%CI: 1.050, 1.076）。各成分贡献中，OM占比最大（54.1%），其次为NH??（34.4%）和NO??（11.5%）。按出生年份分层分析显示，2015–2019年出生队列中OM为最主要贡献者（68.3%–63.9%），而2020–2021年出生队列中NH??成为主要贡献者（34.4%）。

**讨论与结论**
讨论部分指出，本研究首次采用QGC模型系统评估了产前PM_2.5化学成分暴露与后代OwOb风险的关联，发现混合物效应大于总PM_2.5单独效应，且OM、NH??、NO??是主要贡献者。研究基于DOHaD理论详细阐述了各成分的生物学机制：OM通过激活NF-κB通路引发炎症和氧化应激，干扰胎儿脂肪细胞发育及HPA轴稳态；NH??通过扰乱氮稳态和胎盘营养转运促进脂肪生成基因表达；NO??通过诱导亚硝化应激和甲状腺激素失调影响脂解与脂肪生成；BC通过胎盘氧化损伤和血管功能障碍加剧代谢编程紊乱。SO?2?因生物反应性低而未显示显著主关联，但母乳喂养可能削弱其不良效应。研究还发现第一孕期为最敏感暴露窗口，且低NDVI地区和寒冷季节妊娠中关联更强，提示优化居住区绿色基础设施和针对性干预的重要性。

**结论翻译**：这项大型人群前瞻性队列研究表明，产前PM_2.5暴露与0–2岁后代超重和肥胖风险升高呈正相关，其中OM、NO??和NH??是这一不良效应的主要贡献者。研究结果强调，需要更严格地控制环境PM_2.5排放，并在整个孕期为孕妇提供针对性保护，以降低儿童早期超重和肥胖的风险。