克罗地亚东部饮用水中的砷与人体生物监测：一项探索性环境健康研究

《Journal of Xenobiotics》：Arsenic in Drinking Water and Human Biomonitoring in Eastern Croatia: An Exploratory Environmental Health Study

　　

克罗地亚东部包括历史上饮用水中砷（As）浓度升高的定居点。在488名招募的成年人中，仅因无问卷可用而排除了9名；该排除与测得的砷浓度无关，因此统一分析队列由来自8个定居点的479名成年人组成。研究人员采用电感耦合等离子体质谱法测定了2015年6月采集的饮用水、头发、血清和尿液样本中的总As浓度。研究人员从克罗地亚国家癌症登记处获取了2000–2018年的肾癌数据（ICD-10 C64）并进行生态学分析。将MDCK1细胞暴露于10–200 μg/L的As₂O₃中48、72和96 h，并测定人红细胞中的乙酰胆碱酯酶（AChE）活性。?epin的饮用水（191.75 μg/L）和尿液（68.14 μg/L）中As中位数浓度最高。在全部8个定居点中，饮用水As与尿液As强相关（斜率=0.537；95% CI，0.352–0.722；R²=0.894；p<0.001）。然而，在排除?epin并使用报告的7个非?epin定居点均值的敏感性分析中，该相关性减弱（r=0.740；R²=0.548；斜率=1.246；95% CI，?0.054至2.547；p=0.057），表明?epin热点具有显著影响。与头发As（R²=0.294；p=0.165）和血清As（R²=0.239；p=0.219）的相关性无统计学显著性。在多变量Gamma广义线性模型中，居住在?epin与居住在Vladislavci相比，预期尿液As更高（调整均值比，2.90；95% CI，1.90–4.42；p<0.001），而女性与较低预期浓度相关（调整均值比，0.80；95% CI，0.66–0.97；p=0.024）。未观察到As₂O₃对MDCK1活力或红细胞AChE活性的统计学显著影响。研究结果支持尿液总As作为近期环境暴露的生物标志物，但未确立与肾脏毒性或肾癌的因果关系。

砷（As）是一种天然存在的有毒类金属，也是重要的地下水污染物。长期经饮用水摄入无机砷与不良健康结局（包括泌尿系统癌症）相关。克罗地亚东部所在的潘诺尼亚盆地部分地区受冲积沉积物中地质成因砷释放的影响，地下水和饮用水中砷浓度升高，历史报道最高达611 μg/L，远超欧盟10 μg/L的限值。肾脏和泌尿系统与砷毒代动力学密切相关，因为砷代谢物主要通过尿液排出，但低至中度环境暴露水平下的肾脏效应和肾癌风险剂量-反应关系仍不确定。因此，研究人员开展本研究，旨在结合饮用水监测和人体生物监测表征克罗地亚东部的环境砷暴露，并探索定居点水平的肾癌发生模式及短期细胞效应。

研究人员于2015年6月从克罗地亚东部8个定居点（Vladislavci、?epin、Dalj、Osijek、Na?ice，以及参考定居点?a?inci、Vo?in、Velika）招募了488名成人，其中9名因无问卷被排除，最终分析队列为479名。研究人员采用电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）测定了饮用水、头发、血清和尿液中的总砷浓度，从克罗地亚国家癌症登记处获取了2000–2018年肾癌（ICD-10 C64）数据进行生态学分析，并开展了体外实验，将MDCK1细胞暴露于三氧化二砷（As₂O₃）并测定人红细胞乙酰胆碱酯酶（AChE）活性。结果显示，?epin是暴露最一致的定居点，其饮用水和尿液砷中位数最高（分别为191.75 μg/L和68.14 μg/L）。全样本的定居点水平回归显示饮用水砷与尿液砷强相关（R²=0.894），但排除?epin后相关性减弱且不再显著，提示该热点对总体关联有实质影响。多变量Gamma广义线性模型表明，定居点与尿砷显著相关，居住在?epin的预期尿砷是Vladislavci的2.90倍，女性低于男性。体外实验未观察到As₂O₃对MDCK1细胞活力或红细胞AChE活性的显著影响。该研究支持尿液总砷作为近期环境暴露的生物标志物，但不能确立与肾脏毒性或肾癌的因果关系。论文发表在《Journal of Xenobiotics》。

研究用到的主要关键技术方法包括：基于479名成人队列（来自上述8个定居点）的ICP-MS多基质砷浓度测定；定居点水平普通最小二乘回归、多变量Gamma广义线性模型（GLM）和主成分分析（PCA）用于统计推断；体外实验采用MDCK1细胞系进行MTT活力测定，并用Ellman法测定人红细胞AChE活性。肾癌数据来自克罗地亚国家癌症登记处（2000–2018年，ICD-10 C64）。这些方法覆盖了环境暴露评估、生态学关联分析和短期机制实验。

### 3.1 饮用水和人体生物监测中的砷浓度

通过ICP-MS测定发现，?epin的饮用水砷平均值、中位数和最大值均为最高（184.34、191.75和250.40 μg/L），Osijek也持续升高（均值23.60 μg/L）。Vladislavci的均值超10 μg/L但中位数低，提示存在单个高值。尿液砷在?epin最高（中位数68.14 μg/L），Dalj和Na?ice在较低水砷下仍有较高尿砷，提示非水来源暴露。头发砷在Vladislavci和?epin最高，但可能受外源污染；血清砷地理差异最弱。定居点水平回归显示，全样本水-尿砷关联强（斜率=0.537，R²=0.894），排除?epin后减弱（R²=0.548，p=0.057）；水-发和水-血清关联均不显著。

### 3.2 尿砷浓度的多变量Gamma广义线性模型

在479名参与者中，调整性别和年龄组后，定居点与尿砷显著相关（Wald χ²=823.30，df=7，p<0.001）。与Vladislavci相比，?epin的调整均值比（aMR）为2.90（95% CI，1.90–4.42），而Na?ice、Vo?in、?a?inci和Velika则较低。女性aMR为0.80（95% CI，0.66–0.97），年龄组无显著差异。该模型为探索性分析，不能解释为个体因果剂量-反应关系。

### 3.3 描述性肾癌发生情况和探索性主成分分析

Osijek的绝对肾癌病例数最多（n=261），但部分地区人口少、病例少，累积粗C64发生率不稳定，仅作描述性背景。主成分分析（PCA）的前两个主成分解释了约80%方差，显示?epin位于水砷、尿砷和累积粗C64发生率向量的方向，但这仅为描述性共定位，并非统计关联或因果证据。

### 3.4 As₂O₃对MDCK1细胞活力和AChE活性的影响

MTT实验显示，在10–200 μg/L As₂O₃暴露48、72、96小时后，MDCK1细胞活力无显著变化；红细胞AChE活性在测试浓度下也无显著改变。这些短期实验仅评估细胞活力和酶活性，不能模拟慢性肾毒性、纤维化或致癌转化。

讨论部分指出，水分析识别出三个平均砷浓度超欧盟限值的定居点（?epin、Osijek、Vladislavci），其中?epin是持续的环境热点。尿液砷与饮用水砷的关系最清晰，血清最弱。定居点回归受?epin影响，因此不应解读为整个东部克罗地亚的统一暴露-生物标志物梯度。个体水平Gamma模型显示的地理差异与饮用水砷一致，但缺乏个体暴露数据，不能确立因果。体外实验阴性不能排除长期暴露的毒性。生态学PCA提示的共定位受限于生态学设计、地点数少、缺乏标准化和个体临床终点，不能用于因果推断。

研究结论为：砷暴露仍是克罗地亚东部相关的环境健康问题。?epin的饮用水和尿液砷浓度最高。全样本水-尿回归强，但排除?epin后减弱且不显著（R