PM2.5组分与中国青少年非自杀性自伤之间的关联：生物节律的调节作用

《Frontiers in Public Health》：Association between PM2.5 constituents and non-suicidal self-injury among Chinese adolescents: modifying role of biological rhythm

　　

摘要背景：非自杀性自伤（NSSI）已成为中国青少年中日益增长的公共卫生问题。尽管暴露于细颗粒物（PM_2.5）与不良心理健康结局相关，但驱动该关联的具体化学组分以及生物节律的潜在调节作用仍知之甚少。方法：研究人员在中国四个省份的15所学校开展了一项多中心、基于人群的调查。共有18,398名7至12年级青少年完成了合格问卷。使用青少年非自杀性自伤评估问卷（ANSAQ）评估NSSI行为。采用青少年生物节律障碍自评问卷（SBRDA）对参与者的多维生物节律进行全面评估。采用二元逻辑回归和加权分位数和（WQS）回归检验PM_2.5组分与NSSI之间的关联，并进行了分层分析以探索生物节律等因素的调节效应。结果：调整协变量后，PM_2.5及其组分与NSSI风险呈显著正相关，其中黑碳（BC）的关联最强（OR = 1.76, 95% CI: 1.60–1.94）。混合暴露分析一致地将BC识别为优势组分（WQS权重 = 0.810；Qgcomp效应量 = 0.671）。分层分析显示，生物节律紊乱、家庭经济状况良好、初中在读及学习负担重的青少年中易感性增高。此外，活动节律和进食节律的紊乱可显著放大污染物对NSSI行为的风险影响。讨论：PM_2.5（尤其是BC）暴露增加青少年NSSI风险，生物节律紊乱等因素可能增强该效应。将管理BC排放的策略与鼓励青少年保持健康作息（如按时进餐）的举措相结合，可协同降低心理健康风险。

**论文解读文章**

**研究背景与问题**
非自杀性自伤（NSSI）是指个体在无自杀意图下故意直接伤害自身身体的行为，包括切割、灼烧、咬伤、抓挠皮肤等，已成为青少年中日益突出的公共卫生问题。全球青少年中约17–20%曾实施NSSI，而在中国人群中的终生患病率高达24.7%，远超全球平均水平。既往病因学研究多聚焦于个体特质、童年经历及社会影响，但近年来环境暴露组学框架下，细颗粒物（PM_2.5）污染被证实与青少年心理健康问题相关，被视为全球主要环境健康威胁。PM_2.5由碳基组分、地壳元素、可溶性离子、金属等复杂混合物构成，不同化学组分（如黑碳BC、铵盐NH₄⁺、硝酸盐NO₃^?、有机物OM、硫酸盐SO₄^2?）可能具有不同的神经毒性潜力。然而，当前研究主要依赖PM_2.5总质量浓度，忽视了特定组分的独立效应，且缺乏对生物节律这一潜在调节因素的考察。青少年时期性激素分泌增加易导致生物节律系统紊乱，而生物节律可能通过调控神经炎症和下丘脑-垂体-肾上腺轴（HPA轴）功能影响机体对环境神经毒素的易感性。因此，本研究旨在利用大规模多中心家校协同数据，首次系统探讨PM_2.5及其组分与青少年NSSI的关联，并评估生物节律的调节作用。

**研究内容与结论**
研究人员利用中国四省（广东深圳、河南郑州、云南昭通、山西太原）15所学校的18,398名7–12年级青少年数据，采用整群抽样方法，于2023年11–12月完成匿名问卷调查。通过青少年非自杀性自伤评估问卷（ANSAQ）评估NSSI行为，采用青少年生物节律障碍自评问卷（SBRDA）综合评估睡眠、进食、活动及数字媒体使用四个维度的生物节律状态。PM_2.5及其五种组分（BC、NH₄⁺、NO₃^?、OM、SO₄^2?）的暴露数据来源于中国空气污染追踪（TAP）数据集，结合卫星数据、空气质量模拟、气象再分析等，以10 km × 10 km分辨率估算。通过家校地址转换经纬度，采用时间加权法计算年暴露浓度（考虑周末与上学日时间分配）。协变量包括社会人口学因素（年级、性别、居住地、独生子女、父母教育水平、家庭经济状况、亲密伙伴数、学习负担、留守状态）、行为因素（生物节律）及环境因素（O₃、归一化植被指数NDVI、夜间灯光暴露）。统计方法包括描述性统计、Spearman相关分析、限制性立方样条（RCS）探索非线性关系、二元逻辑回归（逐步调整模型）、加权分位数和（WQS）回归及分位数g计算（Qgcomp）分析混合暴露效应，并进行分层分析和敏感性分析（E值分析、短期暴露窗口替换、温度控制等）。数据分析采用SPSS 23.0和R 4.4.1软件。

**研究结果**
**3.1 描述性结果**
18,398名参与者平均年龄15.49岁（SD = 1.83），男性占51.01%。NSSI组（n = 4,610）与非NSSI组（n = 13,788）在年级、性别、居住地、父母教育水平、家庭经济状况、亲密伙伴数、学习负担、留守状态及生物节律方面差异显著（p < 0.05）。PM_2.5中位浓度为27.78 μg/m³（IQR = 23.2），五种组分中位浓度分别为：BC 1.41 μg/m³、NH₄⁺ 3.49 μg/m³、NO₃^? 4.85 μg/m³、OM 7.35 μg/m³、SO₄^2? 5.14 μg/m³。各组分间Spearman相关系数在0.85–0.99之间（p < 0.01）。

**3.2 暴露-反应曲线**
限制性立方样条图显示，PM_2.5及其组分与NSSI的剂量-反应关系呈一致上升趋势，在低暴露水平接近线性增加，之后除PM_2.5外其余组分曲线逐渐趋平或减弱。非线性检验表明除PM_2.5外所有组分均存在显著非线性（P_nonlinear < 0.01），因此后续分析中将PM_2.5作为连续变量，其余组分作为分类变量（基于P75截断值分为低/高暴露组）。

**3.3 个体暴露与NSSI的关联**
二元逻辑回归逐步调整后，所有污染物与NSSI风险均保持显著正相关（p < 0.01）。在完全调整模型（模型3）中，PM_2.5每单位增量OR = 1.02（95% CI: 1.02–1.03）。BC表现出最强关联：高暴露组相对于低暴露组OR = 1.76（95% CI: 1.60–1.94）。其他组分关联强度为：OM（OR = 1.63, 95% CI: 1.47–1.79）、NO₃^?（OR = 1.46, 95% CI: 1.32–1.62）、SO₄^2?（OR = 1.46, 95% CI: 1.32–1.61）、NH₄⁺（OR = 1.44, 95% CI: 1.30–1.58）。

**3.4 混合暴露加权分析**
WQS分析中，BC在NSSI关联中的权重最高（0.810），其次为NO₃^?（0.125）、NH₄⁺（0.058）、OM（0.004）、SO₄^2?（0.003）。Qgcomp分析结果一致，BC效应量最大（0.671），其他组分效应量分别为：NH₄⁺ 0.203、NO₃^? 0.126、SO₄^2? 0.549、OM 0.451。两种方法权重差异源于算法原理不同（WQS倾向于将共同方差归因于主导组分，Qgcomp保留各组分边际贡献），但均支持BC为关键组分。

**3.5 分层分析**
生物节律显示最强的风险放大效应：生物节律紊乱青少年中PM_2.5与NSSI的关联（OR = 2.71, 95% CI: 2.27–3.24）显著高于节律正常者（交互作用P = 0.01）。BC及其他组分也呈现一致交互模式。进一步分析生物节律各维度，活动节律和进食节律的紊乱显著放大PM_2.5与BC污染对NSSI的风险影响。此外，家庭经济状况良好、初中在读、学习负担重的青少年对多种污染物敏感性更高。性别和留守状态的交互作用不显著。

**3.6 敏感性分析**
将污染物标准化为每IQR增量的连续变量后，所有污染物仍与NSSI显著正相关。短期暴露分析（调查前三个月季节均值）结果与主分析一致。E值分析表明，对于BC，未测量混杂因素需与暴露和结局均达到OR ≥ 2.92才能完全解释观察到的关联，提示结果稳健。控制温度后方向与显著性不变。

**讨论与结论**
本研究首次阐明PM_2.5组分（尤其是BC）暴露与中国青少年NSSI风险升高显著相关，生物节律紊乱是关键放大因素。BC因超细粒径和高表面活性，可通过嗅觉神经、血脑屏障或巨噬细胞介导转运直接进入中枢神经系统，诱导活性氧（ROS）过度产生，引发氧化应激和神经炎症，干扰血清素代谢及多巴胺能系统，损害情绪调节和冲动控制。同时，PM_2.5可激活HPA轴，改变皮质醇分泌节律，加剧情绪不稳。活动节律紊乱增加户外活动时段（07:00–09:00和16:00–18:00）与高污染峰值的重叠，进食节律紊乱则通过微生物-肠-脑轴与PM_2.5产生协同效应。家庭经济状况良好者可能因靠近城市污染源和高期望心理压力而风险更高，初中生因前额叶皮层髓鞘化不完全更易受神经毒性影响，学习负担重则与污染物毒性产生“协同效应”降低行为阈值。研究局限性包括横断面设计无法推断因果、暴露评估未涵盖通勤等全部活动场所、10 km分辨率可能遗漏空间变异、NSSI数据为自我报告、未纳入重金属等潜在有害组分、区域差异影响外推性。结论：该研究提示，PM_2.5尤其是BC暴露与青少年NSSI风险升高相关，生物节律紊乱可能放大该效应。建议根据实时空气质量指数安排户外活动，在重污染区教室安装空气净化器，并将节律维持行为（规律进餐、体育活动、睡前限制屏幕使用）融入健康教育，通过家校合作强化干预。未来需开展前瞻性队列研究及机制实验以验证因果关联。