综述：钒暴露对人类人群健康影响的系统评价

《Critical Reviews in Toxicology》：A systematic review of the effects of vanadium exposure on the health of human populations

　　

背景：钒是广泛存在于各类生态系统中的金属元素，自然源与人为源共同导致其在水、土壤及大气中的高浓度蓄积。已有多项实验与流行病学研究提示该暴露与多种不良健康效应相关。目的：通过分析性合成现有证据，明确钒暴露对人类健康的影响，并评估该金属是否具有流行病学风险。方法：本研究方案已在PROSPERO国际前瞻性系统评价注册库注册（注册号：CRD42023447293），严格遵循PRISMA 2020（Preferred Reporting Items for Systematic Reviews and Meta-analyses）规范开展系统评价。研究人员检索了PubMed、Scopus、ScienceDirect、LILACS、Web of Science、SciELO共6个数据库截至2024年5月5日发表的横断面研究、病例对照研究与队列研究，检索词为“人类、钒、污染、暴露、疾病、损伤”。结果：共识别8397篇文献，经筛选最终纳入27项研究。报告的主要不良健康效应涉及妊娠结局、胎儿发育、生殖健康及心血管系统，同时涵盖多器官损伤相关发现。结论：目前关于人类人群钒暴露效应的证据仍有限，但现有研究支持其对胎儿发育及多个人体系统存在潜在危害。钒的氧化态与暴露浓度是效应发生的关键决定因素，其在部分疾病病因学中的作用仍存在争议。

引言

钒（V）是具有重要工业价值的金属，其毒性源于自然环境的广泛分布：地壳平均浓度约135 ppm，海洋中约1.7 ppb，饮用水中约0.509 ppb，普通人体内约15.8 ppb。自然源（火山活动）与人为源（化石燃料燃烧、工业加工）共同导致钒进入大气与地下水，其低水溶性使其易通过径流附着于土壤与沉积物。医疗领域中，含钒钛铝合金被用于假体、矫形器与植入物生产，2025年毒理学评估显示植入物可导致慢性暴露，功能正常植入物患者全血钒浓度可升高至0.3 g/L，血清达0.5 g/L，尿液超过2.8 g/L，植入物故障时浓度进一步升高引发金属沉着病。环境暴露浓度范围差异显著：吸入暴露0.02–620 μg/m3，饮用水1 ppb，河湖水体0.04–104 ppb，土壤10–300 ppm，膳食暴露则来自胡椒、谷物、仙人掌果、啤酒、海鲜等食物。城市人群因PM_2.5与PM₁₀中的钒污染成为高危群体，全球饮用水钒浓度已超出多国标准限值，2003年全球大气钒排放量已达7.1–21万吨，人群暴露呈上升趋势。现有研究多为叙事性综述，聚焦环境循环、器官蓄积与实验模型机制，缺乏针对人类健康效应的系统评价，因此本研究旨在通过分析性合成明确钒暴露的健康影响与流行病学风险。

材料与方法

检索策略

本研究严格遵循PRISMA 2020指南，采用P（人群）-E（暴露）-O（结局）框架构建研究问题：“钒暴露对人类人群的健康效应是什么？”。检索覆盖6个核心数据库截至2024年5月5日的文献，未纳入灰色文献。检索式根据各数据库索引规则调整，核心结构为((human OR “human population” OR adults OR children OR pregnancy) AND (vanadium OR pollution OR exposure OR “heavy metals”) AND (health OR diseases OR risk OR damage OR protection) AND epidemiology)。纳入标准为：①观察性研究（病例对照、队列、分析性横断面）；②报告钒暴露的健康效应；③语言为西班牙文、英文、葡萄牙文、意大利文、法文；④纳入所有种族、民族、年龄的人群；⑤开放标签暴露周期；⑥无论是否设置暴露对照组。排除标准为：叙事综述、Meta分析、剂量-反应研究、书籍章节、会议摘要、编者按、体内/体外/原位实验研究。检索由2名研究人员独立完成，标题与摘要筛选后经讨论解决分歧。

数据提取

最终纳入研究的全部数据由1名研究人员提取，另1名研究人员独立核对，提取内容包括第一作者、发表年份、研究设计、各组样本量、人群年龄与性别、暴露类型、样本类型与检测方法、主要发现。针对多金属研究，仅提取经统计学校正后钒的独立效应数据，避免混杂偏倚。按受累器官系统分别建立数据矩阵。

偏倚风险与研究质量评估

采用纽卡斯尔-渥太华量表（NOS）评估观察性研究的偏倚风险：病例对照研究与横断面研究从病例定义、病例代表性、对照选择、对照定义、可比性、暴露验证、验证方法、无应答率8个维度评分；队列研究从暴露队列代表性、非暴露队列选择、暴露验证、基线无结局、可比性、结局评估、随访时间、队列随访8个维度评分，总分0–9分，分数越高偏倚风险越低，分为低、中、高偏倚风险三个等级。

结果评估

从纳入研究中系统提取定量数据，包括均值、标准差、中位数、四分位距、比值比（OR）、相对风险（RR）及其95%置信区间、回归模型β值，结合人口学、暴露、结局变量进行综合分析。

结果

文献检索

初始检索共获得8397篇文献，去重423篇后，7974篇经标题与摘要筛选排除7918篇，55篇进入全文评估，最终27篇符合纳入标准。纳入研究共报告10类不良效应，涉及4个器官系统与1个特定器官，因研究方法与结果报告异质性较大，未进行Meta分析，仅开展定性合成。

纳入研究特征

多数研究采用电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）检测血液、尿液等生物样本中的钒浓度，几乎所有研究均评估环境暴露，妊娠相关研究聚焦孕期暴露，仅1项研究对比石化区与城市区母亲暴露差异，1项研究评估环境与工业暴露对肾功能的影响，1项研究分析含水层钒暴露与分枝杆菌感染的关联。

定性分析

心血管系统效应：3项横断面研究显示高血压患者钒水平更高，暴露升高与风险增加相关，但无法明确暴露时序。队列研究未发现钒浓度与心血管疾病、缺血性心脏病发病或死亡的关联，仅1项近期研究显示男性钒高水平与QTc间期改变相关。

生殖与生育效应：男性生殖领域，纳入研究均未发现钒暴露对精子质量的不良影响。女性生殖与胎儿发育领域，研究一致显示孕期钒暴露与低出生体重相关，还可导致胎儿双顶径、枕额径、头围减小，且女性胎儿效应更显著；父母高水平钒暴露增加子代脊柱裂风险，同时与胎膜早破发生风险升高相关。

泌尿系统效应：研究显示钒暴露与肾功能下降、慢性肾脏病发病风险升高相关。

内分泌系统效应：研究提示钒高水平与糖尿病发病风险升高相关，同时可损伤β细胞功能，但不同研究结果存在异质性。

呼吸系统效应：钒高水平与哮喘、花粉症、鼻炎、过敏敏感性等呼吸系统疾病相关，还可降低肺功能；含水层钒暴露与分枝杆菌病发病风险升高相关。

偏倚风险

3项病例对照研究均为低偏倚风险、方法学质量良好；9项横断面研究中仅1项为低偏倚风险，其余存在中等偏倚；15项队列研究中14项为低偏倚风险，仅1项为中等偏倚风险。偏倚主要来源于可比性维度的评估不足。

讨论

本研究是首个针对钒暴露人类健康效应的系统评价，现有证据存在稀缺性与异质性，且以环境暴露研究为主。尽管多数研究采用ICP-MS检测钒浓度，但生物样本类型（血液、血清、血浆、尿液、精液等）与钒水平 cutoff 值缺乏标准化，导致研究间无法直接比较，无法开展定量合成。85%的纳入研究同时评估多种金属，本研究仅提取经校正后的钒独立效应数据，有效控制了混杂偏倚。

钒的化学特性使其可与生物分子相互作用，诱导氧化应激、细胞损伤与分子功能紊乱。现有证据一致显示，不同生物样本（血清、血浆、尿液、精液、胎儿组织等）的高钒浓度与高血压、心血管疾病、糖尿病、肾脏疾病、呼吸系统疾病等不良结局相关，孕期暴露对胎儿发育的不良影响尤为明确，包括低出生体重、生长受限、神经管缺陷、胎膜早破等。尽管本研究未发现神经系统效应，但已有叙事综述提示钒可能参与神经退行性疾病的病因过程。

中国作为全球最大钒生产国（年产量7万吨），大气钒浓度可达20–100 ng/m3，冬季浓度进一步升高，这解释了纳入研究多来自中国人群的原因。

心血管系统效应：钒暴露与心血管疾病、缺血性心脏病的关联可能通过脂质过氧化、内皮细胞损伤、心肌细胞凋亡等机制实现。3项横断面研究均显示高血压患者钒水平升高，孕期高血压也与血浆钒浓度相关，可能通过影响肾素-血管紧张素-醛固酮系统发挥作用。

生殖与生育效应：孕期钒暴露的不良效应在妊娠中期最为显著，该阶段是胎儿骨骼与脑发育的关键窗口。钒可穿过胎盘屏障蓄积于胎儿组织，其机制可能涉及氧化应激诱导的细胞膜损伤、细胞周期干扰与遗传毒性，还可通过影响二氢叶酸还原酶活性干扰叶酸代谢，或通过诱导维生素D缺乏间接损害胎儿健康。男性生殖领域，钒暴露虽未明确影响精子数量与形态，但可增加精子DNA损伤风险，实验研究已证实钒的生殖毒性与细胞骨架损伤、睾丸萎缩、精子成熟障碍等机制相关。

泌尿系统效应：钒暴露可通过诱导肾小管与肾小球上皮细胞的颗粒样与空泡样变性，抑制Na⁺,K⁺-ATP酶活性，导致肾功能下降与慢性肾脏病。

内分泌系统效应：钒与糖尿病的关联存在争议，血清高水平钒增加糖尿病风险，而脂肪组织钒水平升高反而与低风险相关，差异可能源于年龄分组与样本类型不同。实验研究显示低浓度钒酰硫酸（VOSO₄）具有胰岛素拟态作用，可改善糖脂代谢，但五价钒（V⁵⁺）可诱导炎症反应，效应差异取决于暴露浓度与化学形态。

呼吸系统效应：PM_2.5与PM₁₀中的钒短期与长期暴露均与哮喘、鼻炎等呼吸系统疾病及肺功能下降相关，还可增加分枝杆菌感染与肺癌风险，五氧化二钒（V₂O₅）暴露可诱导K-ras基因突变，可能是肺致癌的机制之一。

本研究存在一定局限性：检索策略可能遗漏神经退行性效应等部分健康结局；多金属研究仅提取钒校正数据可能损失部分信息；钒水平 cutoff 值缺乏标准化导致风险分级困难，且无法开展Meta分析；多数研究为环境暴露，未考虑膳食、皮肤黏膜吸收等其他暴露途径。但本研究首次系统整合了钒对多器官系统的健康效应，明确了现有研究的异质性来源，为后续研究提供了方向。

结论

本系统评价提示环境钒暴露可能与人类多种不良健康效应存在因果关联，尤其对妊娠期胎儿、心血管系统、肾脏系统、呼吸系统与男性生殖系统影响显著。钒与糖尿病的关联仍存争议，高血压相关结论需更多队列研究验证。钒的氧化态与暴露浓度是效应发生的关键决定因素，未来需开展更多纵向流行病学研究，建立不同生物样本中钒浓度的标准化 cutoff 值，以支撑定量合成与争议结论的澄清。