产前暴露于高氯酸盐、硫氰酸盐和硝酸盐与儿童神经发育的关联：基于MARBLES研究

《Environmental Science & Technology》：Associations between Prenatal Exposure to Perchlorate, Thiocyanate, and Nitrate and Child Neurodevelopment in the MARBLES Study

　　

高氯酸盐、硫氰酸盐和硝酸盐是广泛存在于自然和生活环境中的环境化学物质，三者均可抑制钠碘同向转运体（NIS），从而减少碘向甲状腺的转运并干扰甲状腺激素（TH）合成。既往研究提示产前暴露于这些NIS抑制剂可能与儿童神经发育异常有关，但关于其与自闭症谱系障碍（ASD）的关联尚未充分探索。本研究基于MARBLES队列（一项具有ASD家族高风险的纵向前瞻性队列），纳入310名孕妇提供的1916份孕期尿液样本，并在儿童3岁时将其分为典型发育（TD）、ASD和非典型发育（non-TD）三类。研究人员采用泊松回归估计ASD和non-TD相较于TD的相对风险（RR），并使用分位数g计算（quantile g-computation）和贝叶斯核机器回归（BKMR）评估混合暴露效应。总体分析和混合暴露分析均未发现产前暴露于这些NIS抑制剂与儿童神经发育结果之间存在显著关联。然而，分层分析识别出若干特定的关联，这些关联因儿童性别、暴露孕周、母亲尿碘浓度及被动吸烟状态而异，其中部分关联在错误发现率（FDR）校正后仍具有统计学显著性。这些发现提示，不同人群亚群和暴露窗口对产前高氯酸盐、硫氰酸盐和硝酸盐暴露的易感性可能不同。尽管这些亚组特异性关联应被视为假设生成性结果，但它们强调了未来研究整合甲状腺生物标志物和机制性方法以更好地理解儿童神经发育背后的甲状腺相关通路的必要性。

论文解读：产前暴露于高氯酸盐、硫氰酸盐和硝酸盐与儿童神经发育的关联——基于MARBLES前瞻性队列研究

**一、研究背景与科学问题**

高氯酸盐、硫氰酸盐和硝酸盐是三种广泛存在于自然环境与日常生活中的环境化学物质，人群暴露普遍。高氯酸盐既天然存在也被工业用于军事、航天和烟花制造；硫氰酸盐是内源性代谢产物，主要来源于西兰花、抱子甘蓝等十字花科蔬菜及香烟烟雾；硝酸盐则广泛存在于空气、土壤、水和食品中，主要来源包括受污染的饮用水、腌制肉类和绿叶蔬菜。流行病学研究已在全球多种人群的尿液样本中普遍检出这三种化合物。三者具有共同的生物学作用机制——通过竞争性抑制甲状腺的钠碘同向转运体（NIS），减少碘向甲状腺滤泡细胞的转运，进而干扰甲状腺激素（TH）合成，该机制已在动物研究和人群流行病学研究中得到证实。

甲状腺激素对于胎儿脑发育至关重要，尤其在胎儿自身甲状腺功能成熟之前，母体甲状腺激素是胎儿大脑发育的主要来源。孕期母体甲状腺功能减退已被多项队列研究证实与子代智商降低、注意力缺陷/多动障碍（ADHD）及ASD风险增加相关。既往已有研究提示产前高氯酸盐暴露与3岁儿童IQ降低有关，中国的一项纵向研究发现孕早期硫氰酸盐和硝酸盐暴露与较低的心理发展指数（MDI）相关。然而，迄今尚无研究系统探讨这三种NIS抑制剂产前暴露与子代ASD结局的关联。基于此，本研究利用MARBLES队列——一项专门为ASD高风险家庭设计的前瞻性队列，系统评估产前单一暴露及混合暴露于高氯酸盐、硫氰酸盐和硝酸盐与3岁儿童ASD和非典型发育（non-TD）结局的关联。

**二、研究设计与主要技术方法**

研究人群来源于MARBLES（Markers of Autism Risk in Babies─Learning Early Signs）队列，该队列自2006年在美国启动，纳入已育有一名ASD患儿的孕妇。本研究最终纳入310对母子，排除缺乏3岁诊断结果及尿液样本量不足者。孕期共收集1916份尿液样本，经合并处理后分析1092份样本。暴露评估采用液相色谱-串联质谱法测定尿中高氯酸盐、硫氰酸盐、硝酸盐和碘浓度，并计算加权平均浓度及各孕期特异性加权平均值。为量化三种化合物对NIS的联合抑制效应，研究人员还计算了高氯酸盐等效浓度（PEC），其通过各化合物碘摄取抑制的相对效能系数加权获得。统计分析采用泊松回归模型估计相对风险（RR），同时使用分位数g计算和贝叶斯核机器回归（BKMR）评估混合暴露的总体效应和非线性关系。模型调整了母亲年龄、种族、教育程度、产次、生育年份等九个协变量，并以尿肌酐校正尿液稀释。

**三、主要研究结果**

**3.1 参与者特征**

310对母子中，女性婴儿136名（43.9%），男性婴儿174名（56.1%）。3岁时儿童结局分类为：TD 191例（61.6%）、ASD 74例（23.9%）、non-TD 45例（14.5%）。62.9%的母亲孕期尿碘浓度低于150 μg/L。暴露于被动吸烟的母亲占17.7%。ASD组中男性比例较高，非TD组母亲教育水平较低，组间差异具有统计学意义。

**3.2 孕期暴露水平与分布特征**

高氯酸盐、硫氰酸盐和硝酸盐在几乎所有尿液样本中均可检出。硝酸盐浓度最高（总体几何均数45885 ng/mL），其次为硫氰酸盐（893 ng/mL）和高氯酸盐（3.5 ng/mL）。三种化合物浓度与美国国家健康与营养调查（NHANES）中孕妇人群水平相当。组内相关系数（ICC）显示硫氰酸盐在孕期各阶段表现出较高的个体内稳定性（ICC=0.72-0.79），而高氯酸盐和硝酸盐则显示较大的个体内变异[第一孕期（孕早）ICC分别为0.39和0.31]。三种化合物间呈中度相关（r=0.23-0.35），PEC与硝酸盐高度相关（r=0.94）。三组儿童结局之间，暴露物浓度总体或各孕期均无显著差异。

**3.3 单一暴露物与神经发育结局的关联**

总体分析未显示孕期平均暴露于高氯酸盐、硫氰酸盐、硝酸盐或PEC与ASD或non-TD风险存在显著关联。分层分析揭示了若干特定关联：孕早期高氯酸盐暴露与non-TD风险增加相关（RR=1.61，95%CI: 1.08-2.40），而孕晚期高氯酸盐暴露与non-TD风险降低相关（RR=0.77，95%CI: 0.60-0.98），提示暴露窗口可能具有不同的敏感期。在女性儿童中，高氯酸盐暴露与ASD风险增加相关（每2倍增加RR=1.41，95%CI: 1.04-1.91），硫氰酸盐、硝酸盐和PEC与non-TD风险增加相关。在尿碘≥150 μg/L的母亲中，硝酸盐暴露与ASD风险增加相关，硫氰酸盐和PEC与non-TD风险增加相关。被动吸烟暴露状态也显示出修饰效应。部分亚组关联在FDR校正后依然显著。对母体甲状腺疾病史进行额外调整后，高尿碘组中的部分关联有所减弱，而低尿碘组中硫氰酸盐和PEC与non-TD的正向关联变得显著。

**3.4 混合暴露与神经发育结局的关联**

基于分位数g计算模型，三种化合物混合暴露与ASD和non-TD风险间无显著总体关联，但各组分对结局贡献方向不同。BKMR分析显示non-TD风险随混合暴露浓度升高呈上升趋势，但未达统计学显著性；各化合物的暴露-反应曲线呈现非线性的U型关系，亦未达到显著水平。

**四、讨论与结论**

本研究首次探讨了产前暴露于高氯酸盐、硫氰酸盐和硝酸盐与3岁儿童ASD和non-TD结局的关联。总体和混合分析结果基本为零关联，但在按孕期、儿童性别、母亲尿碘状态和被动吸烟暴露进行分层后，发现了若干具有统计学显著性的亚组特异性关联。这些发现提示NIS抑制剂对神经发育的影响可能具有人群易感性和暴露窗口特异性。既往研究支持本研究发现：意大利的一项随机对照试验发现母亲孕期高氯酸盐暴露与3岁儿童IQ降低相关；中国的一项纵向研究也报告了孕早期硫氰酸盐、硝酸盐及PEC暴露与较低MDI评分相关。虽然硫氰酸盐和硝酸盐的碘摄取抑制效能低于高氯酸盐，但本研究人群中其暴露浓度分别是高氯酸盐的约250倍和13000倍，因此其潜在的神经发育影响不容忽视。潜在的生物学机制涉及NIS抑制导致的甲状腺激素合成减少，以及随后的胎儿脑发育异常。此外，性别差异可能与性激素和甲状腺激素在胎儿发育过程中的相互作用有关；被动吸烟状态对PEC与ASD关联的修饰效应可能涉及吸烟相关的氧化应激和硝酸盐一氧化氮代谢通路的交互作用。

本研究利用MARBLES队列丰富的前瞻性数据——包括孕期多次尿液采样和3岁标准化的临床评估，为理解NIS抑制剂暴露与神经发育的关联提供了独特视角。研究也存在若干局限性：样本来源于ASD高风险家庭，结果外推需谨慎；未评估母体甲状腺功能，限制了对机制通路的直接检验；多数尿液样本在孕中晚期采集，孕早期暴露评估相对有限；亚组分析样本量较小且多重比较可能产生偶然性发现。尽管总体分析基本为阴性，本研究发现产前暴露于高氯酸盐、硫氰酸盐和硝酸盐可能在特定亚群和特定暴露窗口与儿童神经发育结局存在关联，部分关联在FDR校正后依然稳健。这些发现应视为假设生成性证据，需在更大规模、更多样化的人群中重复验证，并整合甲状腺生物标志物和机制性研究以阐明潜在的生物学通路，为公共卫生决策提供更坚实的科学依据。