产前接触有机磷酯与婴儿神经行为：肠道微生物组与代谢组的关联

《Environmental Research》：Prenatal Exposure to Organophosphate Esters and Infantile Neurobehavior: Integrating the Gut Microbiome and Metabolome

　　

摘要

有机磷酸酯类物质是广泛使用的阻燃剂和增塑剂。由于它们在结构上与具有神经毒性的有机磷农药相似，人们担心其可能对发育中的神经系统造成危害。不过，相关的流行病学证据仍然有限，而且肠道微生物群和代谢紊乱在这些关联中的作用也尚未明确。我们分析了上海母子队列中的404对母子样本，检测了脐带血清中的有机磷酸酯浓度，分析了胎便中的肠道微生物群和代谢组特征，并通过优势与困难问卷评估了2岁时的行为发展情况。研究采用了广义线性模型、负二项式障碍回归、SHapley加性解释、高维中介分析、全代谢组关联分析、中间路径分析以及通路富集分析等方法。结果显示，脐带血清中三(2-丁氧基乙基)磷酸酯浓度翻倍时，2岁儿童的品行问题得分会增加0.09分（95%置信区间为[0.02, 0.16]）。TBEP浓度翻倍还会使Chao1多样性指数增加7.9%（95%置信区间为2.8%, 14.1%），ACE多样性指数增加8.7%（95%置信区间为3.5%, 14.1%）。而Chao1和ACE多样性指数的上升又会分别使品行问题得分增加0.27分（95%置信区间为0.12, 0.42）和0.31分（95%置信区间为0.15, 0.46）。研究还发现，α多样性指数和Collinsella菌属可能是TBEP与品行问题之间关联的中介因素。综合代谢组分析进一步指出，儿茶酚胺生物合成和酪氨酸代谢等五条通路可能与此现象相关，这些通路的富集程度与Chao1、ACE以及Collinsella菌属的存在呈正相关。孕期接触TBEP可能与儿童早期出现更多行为问题有关，而新生儿肠道微生物群的改变及相关代谢途径的异常可能是导致这一关联的部分原因。

引言

随着全球范围内多溴联苯醚的使用被禁止，有机磷酸酯类物质逐渐成为家居用品、电气产品及消费品中的替代品（Zhao等人，2020年）。由于有机磷酸酯是物理添加到产品中的，而非通过化学键结合，因此很容易挥发到环境中（Wei等人，2015年）。在尿液（Wang等人，2021a年）和血液等多种生物样本中都检测到了有机磷酸酯及其代谢物。越来越多的证据表明，孕期接触有机磷酸酯可能会对后代的神经发育产生不良影响，从而导致行为问题（Doherty等人，2019年）、工作记忆障碍（Castorina等人，2017年）以及认知能力下降（Liu等人，2021年）。我们之前在上海母子队列中的研究已经表明，孕期接触有机磷酸酯可能与儿童早期的神经发育有关。研究显示，脐带血清中的EHDPP浓度与婴儿期多个ASQ评估领域的较低分数以及较差的神经发育轨迹相关（Zhou等人，2024年）。在后续的纵向研究中，通过多次检测母亲的血清水平，发现孕期较高的EHDPP暴露水平与儿童早期更高的同伴问题得分以及更差的发育里程碑表现相关（Zhang等人，2025年）。不过，这些关联背后的生物学机制仍不明确，而且该队列中也尚未研究过新生儿肠道微生物组可能发挥的作用。

生命早期的微生物定植和发育对人类健康和神经行为至关重要。正常的微生物群更替若受到干扰，可能会导致长期的发育问题以及代际间的异常表现（Robertson等人，2019年）。例如，针对无菌动物的初步实验表明，这类动物的焦虑样行为和社会行为与正常小鼠存在显著差异，这说明微生物群在行为发育的调控过程中起着关键作用（Clarke等人，2013年）。先前的流行病学研究也发现，新生儿的肠道微生物群组成与其认知发展之间存在显著关联（Carlson等人，2018年）。作为人体最大的“代谢器官”，肠道微生物群可通过其产生的代谢物影响神经系统健康。肠道微生物群产生的短链脂肪酸能够穿透血脑屏障，直接影响神经递质的活性、神经可塑性以及神经炎症反应（O'Riordan等人，2022年）。

饮食结构变化、感染、生活方式以及环境因素都会影响肠道微生物群在生命早期的定植和发育过程（Gensollen等人，2016年）。近年来，环境污染物对肠道细菌的影响受到了广泛关注。Yan等人通过实验证明，小鼠接触有机磷酸酯会扰乱肠道微生物群，使得厚壁菌门的比例上升，而拟杆菌门的比例则显著下降，进而引发肠道代谢问题（Yan等人，2021年）。还有研究表明，长期接触三(1,3-二氯-2-丙基)磷酸酯会改变大鼠肠道微生物群的β多样性，导致Ruminococcus菌属的数量减少，同时影响缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸的降解以及谷胱甘肽和甲基乙二醛的代谢过程（Sha等人，2024年）。

基于上述研究结果，我们推测，有机磷酸酯暴露所引发的肠道微生物群和代谢物的变化可能会影响儿童的神经行为表现。本研究通过16S rRNA测序和代谢组学技术，旨在阐明生命早期有机磷酸酯暴露对神经发育的影响机制，进而明确肠道微生物群和各类代谢通路在其中的具体作用。期望这些研究结果能够填补相关知识空白，帮助我们了解污染物是如何扰乱脑肠轴功能的。

章节节选

研究设计与研究对象

本研究使用了正在进行的上海母子队列研究的数据，遵循既定的纳入标准和操作流程（Gui等人，2024年）。符合条件的参与者为年龄在20岁以上、没有高血压、糖尿病或心脏病等严重慢性疾病、在上海市居住至少一年且计划在此地生育的女性。从2016年4月到2019年10月，共随机招募了600对母子样本，其中儿童共有580名

母子对的基线特征及孕期有机磷酸酯暴露情况

表1展示了参与者的各项特征，结果显示，母亲的平均年龄为29.3岁，标准差为4.27岁；孕前的BMI平均值为21.5（标准差为3.02）千克/平方米。在纳入研究的404名儿童中，根据出生时确定的性别，男性有224名，女性有180名。平均妊娠周数为39.3周，标准差为1.28周；平均母乳喂养时间为8.84个月（标准差为4.59个月）。

表2详细列出了7种有机磷酸酯的分布情况。TMCP、TPhP，

讨论

研究结果表明，孕期接触TBEP与2岁儿童的品行问题之间存在明显的正相关关系。进一步分析发现，肠道微生物多样性指标（Chao1和ACE）与TBEP暴露水平以及品行问题得分均呈正相关，中介分析表明这些指标可能在二者之间起中介作用。在属水平上，研究发现TBEP暴露可能会通过降低Collinsella菌属的相对丰度来增加品行问题。代谢组学分析

结论

这项探索性研究的结果提出了三个需要进一步研究的假设。首先，孕期接触TBEP与儿童早期品行问题增多有关，这凸显出需要持续关注这类环境污染物。其次，研究结果表明，新生儿肠道微生物群的改变，尤其是微生物多样性增加以及Collinsella菌属丰度下降，可能在TBEP与品行问题之间的正相关关系中起到部分中介作用

CRediT作者贡献说明

张云辉：写作——审稿与编辑、资源获取、项目管理、资金筹集。肖西荣：资源获取。赵英雅：软件使用、数据收集。施慧静：监督指导、项目管理。王航：方法设计。李强：方法设计。张丽仪：结果验证。周宇涵：写作——初稿撰写、数据可视化、资金筹集、正式数据分析

利益冲突声明

作者们声明不存在任何可能影响本研究结果的竞争性利益或个人关系。

数据共享声明

不共享

利益冲突声明

? 作者们声明自己不存在任何已知的、可能影响本文研究结果的竞争性财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了中国国家自然科学基金的资助（项目编号：22576039、82273585、82304103）。我们感谢所有参与研究的科研人员以及受试者对这项研究所做出的贡献与努力。

周宇涵|张丽仪|李强|王航|施慧静|赵英雅|肖西荣|张云辉

中国上海，200438，上海体育大学运动健康学院