新罕布什尔出生队列研究中产前氟化物长期暴露与儿童社会情绪及行为结局的关联

《Environmental Advances》：Long-Term Exposure to Prenatal Fluoride and Social-Emotional and Behavioural Outcomes in Children in the New Hampshire Birth Cohort Study

　　

摘要

背景与目标
产前氟化物暴露可能对适应不良的社会情绪和行为发展构成风险，但使用整合长期产前暴露的生物标志物的证据仍然有限。本研究考察了孕妇甲趾甲氟化物（在多个时间点测量）及水氟化物与学龄前儿童社会情绪和行为结局之间的关联，并评估了儿童性别和暴露窗口的潜在差异。

方法
研究对象包括来自新罕布什尔出生队列研究（New Hampshire Birth Cohort Study，NHBCS）的358对母婴，这些家庭使用私有的、不受监管的家庭水系统。研究人员在妊娠约28周（反映孕早期暴露）和产后5周（反映孕中晚期暴露）收集的孕妇甲趾甲中测量了氟化物浓度，并在妊娠约24-28周收集的家庭自来水样本中测量了氟化物浓度。儿童的社会情绪和行为功能在约5岁时使用儿童行为评估系统第二版-家长评定量表学龄前版（Behavior Assessment System for Children–Second Edition, Parent Rating Scale-Preschool Form，BASC-2 PRS-P）进行评估。主要复合评分被二分为风险状态（T分≥60）。研究人员采用协变量校正的广义估计方程（Generalized Estimating Equations，GEE）估计甲趾甲氟化物与风险结局之间的关联，并采用多元逻辑回归估计水氟化物与风险结局之间的关联，同时检验性别和暴露窗口的交互作用。

结果
反映孕早期暴露的甲趾甲氟化物浓度每增加1 μg/g，与外化问题（Externalizing Problems）处于风险状态的优势比（Odds Ratio，OR）升高相关（OR=1.39；95%置信区间[Confidence Interval，CI]：1.15-1.67）。反映孕晚期暴露的甲趾甲氟化物浓度显示出相似的关联（OR=1.30；95% CI：0.99-1.71）。未观察到与其他行为复合评分的关联，也未观察到与水氟化物浓度的关联，各行为复合评分在性别或暴露窗口方面无明显差异。

结论
在美国这一队列中，较高的孕妇甲趾甲氟化物浓度（而非水氟化物浓度）与学龄前儿童外化问题处于风险状态的更高几率相关。由于参与者主要为使用私人供水系统的农村新英格兰地区的白人、大学学历家庭，研究结果的外推性可能受限。未来需要结合个体水平生物标志物和人群水平暴露测量，以及主要氟化物来源（如饮用水）的信息，以阐明产前氟化物暴露与儿童神经行为发育之间的关系。

新罕布什尔出生队列研究中产前氟化物长期暴露与儿童社会情绪及行为结局的关联——论文解读

一、研究背景与目的

氟化物天然存在于某些岩层中，并可在地下水中蓄积（美国毒物与疾病登记署，2003）。在新罕布什尔州农村地区，许多居民依赖私人水井，这些水井可能含有天然氟化物。社区水氟化（Community Water Fluoridation，CWF）项目将氟化物浓度调整至0.7 mg/L，而私人水井中的氟化物浓度则因当地地质条件的不同而差异很大。在长英质火成岩地区钻探的水井氟化物水平尤其高，13%的水井超过了2.0 mg/L的次级最大污染物限值。饮用水是居住在CWF服务区域或天然氟化物水平与氟化系统相当或更高的地区成年人的主要氟化物暴露来源。其他氟化物来源包括食物和饮料（如海鲜、绿茶和红茶以及任何用氟化水制成的饮料），以及各类牙科护理产品（如含氟牙膏、漱口水、补充剂和专业用凝胶、泡沫和清漆），这些产品可能被无意中吞入。

氟化物容易穿过胎盘并透过血脑屏障，从而使发育中的大脑暴露于氟化物。越来越多的流行病学研究发现，饮用水和尿液中的较高氟化物浓度与儿童智力得分较低之间存在关联。但考察儿童社会情绪和行为结局关联的研究则少得多。一些前瞻性研究报告，妊娠期较高的孕妇尿液氟化物浓度与儿童内化问题和注意缺陷多动障碍（Attention Deficit Hyperactivity Disorder，ADHD）症状增加有关，而其他研究则未观察到这些关联。

既往多数研究依赖孕妇尿液氟化物，这是一种短期暴露生物标志物，反映约六小时内的氟化物摄入量。相比之下，甲趾甲可整合数月内的暴露，并与饮用水氟化物浓度、每日总氟化物摄入量和牙氟中毒相关。此外，产前氟化物暴露与儿童结局之间的关联可能因性别和暴露时机而异。为弥补这些研究空白，本研究分析了在两个时间点测量的孕妇甲趾甲氟化物浓度以及家庭水氟化物浓度，在一个依赖经常含有氟化物的不受监管的私人水井水系统的美国队列中，考察其与儿童社会情绪和行为结局的关联，并检验性别和暴露窗口的特异性效应。研究人员假设，整个妊娠期较高的孕妇甲趾甲氟化物浓度和水氟化物与注意力不集中、多动和整体适应不良行为的症状相关，且这些关联因性别而异。

二、研究设计与方法概述

本研究纳入来自新罕布什尔出生队列研究（NHBCS）的母婴对，该队列最初旨在考察不受监管的水系统中的环境污染物对居住在新罕布什尔州农村地区的孕妇和儿童健康的影响。2009-2013年间，研究从产前诊所招募了妊娠约28周的孕妇（18-45岁）。纳入标准包括在新罕布什尔州研究诊所之一接受产前护理、使用私人家庭水系统、具备英语读写能力、单胎妊娠、自末次月经以来一直居住在同一地址且不计划搬家。分析仅限于至少有一次孕妇甲趾甲氟化物测量和/或水氟化物测量、完成了5岁儿童行为评估以及主要协变量数据完整的母婴对（N=358对甲趾甲样本，N=381对水样本）。

孕妇在妊娠约28周和产后5周提供甲趾甲剪样。鉴于其缓慢的生长速度，甲趾甲氟化物通常代表约3-6个月前的暴露。因此，收集的甲趾甲代表了孕早期和孕中晚期的氟化物暴露（下文分别称为孕早期和孕晚期氟化物）。甲趾甲样本被送往印第安纳大学牙科学院氟化物实验室进行分析，采用六甲基二硅氧烷（Hexamethyldisiloxane，HMDS；Sigma Chemical Co.，St Louis，MO，USA）微扩散法的改良版本进行分析。电极的检出限（Limit of Detection，LoD）为0.019 μg/g氟化物。样本质量低于2.5 mg的参与者被排除在孕早期（n=81）和孕晚期（n=51）分析之外。家庭自来水样本在入组时由参与者从厨房水龙头采集，使用氟离子选择电极进行分析，LoD为0.02 mg/L。儿童的社会情绪和行为功能在约5岁时使用BASC-2 PRS-P进行评估。该工具包含八个适应不良行为的临床量表，并生成行为症状指数（Behavioural Symptoms Index）、外化问题（Externalizing Problems）和内化问题（Internalizing Problems）三个复合行为测量。量表和复合评分采用T分进行年龄标准化，均值为50，标准差为10，T分≥60被视为风险状态。研究采用有向无环图（Directed Acyclic Graph，DAG）指导协变量选择。主要分析中，研究人员应用广义估计方程（GEE）估计孕妇甲趾甲氟化物浓度与BASC-2复合评分（二分为风险状态，T≥60）之间的关联，并采用多元逻辑回归评估水氟化物浓度与BASC-2复合结局之间的关联，同时检验儿童性别的效应修饰作用。敏感性分析包括未调整、主要协变量调整和次要协变量调整模型、多重插补、排除潜在影响观测以及连续结局建模等。统计分析在R（版本4.4.3）和Stata/SE 18.5中进行。

三、研究结果

3.1 氟化物测量结果

甲趾甲采集时间平均（标准差）为妊娠28（4）周和产后5（5）周。反映孕早期和孕晚期暴露的甲趾甲氟化物浓度中位数（四分位距）分别为2.78（1.92）μg/g和2.15（1.41）μg/g，水氟化物水平中位数为0.20（0.40）mg/L。Spearman秩相关分析显示甲趾甲与水氟化物测量值之间存在显著正相关，相关系数介于0.26和0.33之间。

3.2 氟化物与社会情绪和行为结局

反映孕早期暴露的甲趾甲氟化物浓度每增加1 μg/g，外化问题处于风险状态的几率更高（OR=1.39，95% CI：1.15-1.67，P=0.001）。孕晚期氟化物的点估计值相似，但置信区间较宽且包含1（OR=1.30，95% CI：0.99-1.71，P=0.055）。未发现涉及性别、暴露窗口和氟化物浓度的统计学显著的两因素或三因素交互作用。水氟化物浓度与复合评分之间未显示统计学显著关联，也未发现显著的性别交互作用。

在个体临床量表方面，反映孕早期暴露的甲趾甲氟化物每增加1 μg/g，多动（Hyperactivity）处于风险状态的几率更高（OR=1.20，95% CI：1.01-1.43，P=0.04）。孕晚期氟化物估计值不精确，但提示多动几率升高（OR=1.24，95% CI：0.97-1.58，P=0.09）。氟化物与抑郁（Depression）的关联存在统计学显著的性别差异（性别交互P=0.04）：在女孩中，反映孕早期暴露的甲趾甲氟化物浓度每增加1 μg/g，抑郁处于风险状态的几率增加1.37倍（95% CI：1.09-1.71，P=0.006），而男孩中未观察到关联（OR=0.99，95% CI：0.79-1.23，P=0.90）。此外，孕晚期氟化物与焦虑（Anxiety）和退缩（Withdrawal）的关联存在性别差异（交互P<0.10），女孩中风险几率增加但不精确（OR分别为1.24和1.35），男孩中无关联。未发现甲趾甲氟化物与结局的关联在暴露窗口上存在统计学显著差异。水氟化物浓度与临床量表之间未显示统计学显著关联，也未发现显著的性别交互作用。

3.3 敏感性分析

结果显示，不同分析策略（使用GEE或逻辑回归评估二分类结局）、协变量纳入方式（未调整、调整主要协变量或主要协变量加出生体重、胎龄和金属）或使用多重插补处理缺失数据时，结果均相似。然而，当纳入全部次要协变量时，外化问题的效应估计值增大，但置信区间变宽，可能归因于样本量减少。事后分析在具有全部次要协变量完整数据的亚组中仅控制主要协变量进行，效应估计值与使用较大样本的主要模型在幅度上相似。排除潜在影响观测后，所有主要发现的方向和统计学显著性均得以保持。当结局作为连续变量建模时，反映孕早期暴露的甲趾甲氟化物浓度与所有复合评分呈正相关，但仅内化问题达到统计学显著性。

四、讨论与结论

本研究考察了NHBCS中产前氟化物暴露与学龄前儿童社会情绪和行为结局之间的关联。结果表明，孕妇甲趾甲中的产前氟化物浓度（而非水氟化物浓度）与外化问题处于风险状态的更高几率相关，主要受多动驱动。孕早期和孕晚期的关联一致，提示妊娠期不存在特定的易感窗口。未观察到与其他行为复合评分的显著关联，水氟化物浓度也未显示关联，各行为复合评分在性别或暴露窗口方面无明显差异。

既往前瞻性流行病学研究结果不一。在墨西哥，妊娠各孕期较高的孕妇尿液氟化物与6-12岁儿童更多ADHD样症状相关；在洛杉矶，妊娠晚期较高的孕妇尿液氟化物使3岁儿童总分处于临界/临床范围的几率约增加一倍；瑞典的一项队列研究也发现妊娠晚期较高的孕妇尿液氟化物暴露与4岁时外化问题和ADHD原始分增加相关。相比之下，在西班牙，妊娠期较高的孕妇尿液氟化物与8岁和11岁儿童的外化或内化行为无关；在澳大利亚队列中，从出生到5岁氟化水的终生暴露百分比（分类为0%、0-100%之间或100%）与5至14岁的行为结局无显著相关。

本研究中观察到的产前甲趾甲氟化物与风险外化问题之间的关联应在更广泛的产前环境暴露组的背景下进行解读，因为氟化物是被假设影响早期神经行为发育的众多环境因素之一。产前暴露于金属和内分泌干扰化学物质已在前瞻性队列中与外化和注意力相关结局相关联，这些暴露可能与氟化物同时发生。尽管通过调整产前金属的敏感性分析处理了其中一部分共同暴露，且这些调整未实质性改变主要的甲趾甲氟化物关联，但对产前暴露组的全面测量和联合建模超出了本研究的范围。因此，不能排除未测量的环境共同暴露造成的残余混杂，这强调未来研究需要采用协调的多队列和暴露组-wide方法。

本研究还发现孕早期氟化物暴露与女孩抑郁处于风险状态的关联，这与洛杉矶队列的发现一致。尽管产前氟化物暴露的研究报告了男孩在神经发育结局（如智商）方面存在更强的关联，但考察内化症状性别特异性模式的研究较少。未来研究应继续在更广泛的神经发育和心理健康结局中探索产前氟化物暴露的潜在性别特异性效应。重要的是，抑郁症状和外化行为可能源于共享的跨诊断过程，包括情绪失调和重叠的发育通路。

氟化物可能干扰甲状腺轴，这在妊娠期值得关注，因为胎儿在妊娠前三个月完全依赖母体甲状腺激素，此后依赖程度较低。即使是轻微的母体甲状腺功能障碍也与儿童的内化和外化问题相关。产前氟化物暴露也已在动物和人类研究中被证明可诱导氧化应激，这是一种与儿童社会情绪和行为问题相关的生物通路。有证据表明，低碘（甲状腺激素合成和维持正常甲状腺功能所必需的营养素）可能加剧氟化物的效应。新出现的证据进一步表明，甲状腺调节和氧化应激反应可能因胎儿性别而异，尽管目前尚不清楚这些差异是否赋予女孩或男孩更大的脆弱性。氟化物对这些生物通路的影响可能有助于解释外化和内化领域观察到的关联模式。

水氟化物浓度与任何社会情绪或行为结局均无关联。甲趾甲氟化物是一种整合性生物标志物，可捕获包括饮食在内的所有来源的总摄入量，而水氟化物仅捕获一个（稳定但部分的）暴露途径，且本研究未分析个体化的饮水量数据。尽管排除了报告从不饮用自来水的女性，但本样本中的参与者如果在研究过程中被告知其水中的砷水平超过10 μg/L，可能会减少饮水量。由于水氟化物不能捕获其他来源（如饮料、饮食和牙科产品）的总暴露量，这些来源因个体而异，可能导致暴露错分，从而使关联偏向零值。

虽然本样本中家庭水氟化物浓度的中位数（0.19 mg/L）与美国其他天然含氟社区相似，但观察到的范围很大（0.02-13.80 mg/L）。此外，对NHBCS参与者妊娠早期点尿样品的分析发现，孕妇尿液氟化物浓度中位数（四分位距）为0.39（0.38）mg/L，低于既往考察氟化物与行为的研究所报告的水平（0.55-0.85 mg/L）。同样的分析中，平均孕妇甲趾甲氟化物浓度与水氟化物浓度相关，这与本研究中观察到的水氟化物浓度与两个时间点甲趾甲氟化物浓度之间的相关性一致，支持使用甲趾甲氟化物作为长期氟化物暴露的生物标志物。

本研究的优势包括使用孕妇甲趾甲这一反映前3-6个月累积暴露的生物标志物，在妊娠期两个时间点测量；具有丰富协变量数据的特征明确的队列；以及产生一致结果的广泛敏感性分析。在调整次要协变量的模型中，效应估计值大于调整主要协变量的模型，提示残余混杂可能使结果偏向零值，主要估计值可能低估真实关联。

局限性包括：甲趾甲生长速率的变异性可能导致暴露错分；未测量产后的饮食（如饮用水、用氟化水配制的配方奶）或含氟牙膏摄入的氟化物暴露，如果产前和产后暴露相关，则可能存在残余混杂，不能排除产后暴露对观察到关联的贡献；分析样本的选择可能引入偏倚，尽管所有分析均调整了产妇年龄、教育和婴儿性别，但不能排除与暴露和结局均相关的未测量因素造成的残余偏倚；参与者为农村新英格兰居民，主要为白人和大学学历，依赖私人供水系统，研究结果是否适用于最佳氟化水人群或人口统计学构成不同的地区需要进一步研究；尽管检验了多个假设，但所有分析均为先验指定，观察到的关联集中在预先假设的领域和方向上；社会情绪和行为结局仅在一个学龄前时间点评估，处于风险范围的儿童比例较小（如外化问题为6%）限制了统计功效，但关联在敏感性分析中仍然稳健。

综上，在美国这一依赖不受监管供水的队列中，以孕妇甲趾甲而非家庭水浓度测量的较高产前氟化物暴露，与学龄前儿童外化问题（尤其是多动）以及女孩抑郁症状处于风险状态的更高几率相关。尽管队列的人口统计学构成限制了外推性，但这些发现为产前氟化物暴露与行为结局之间日益增多的证据做出了贡献。未来需要结合个体水平生物标志物和人群水平暴露测量，以及主要氟化物来源（如饮用水）的信息，以阐明产前氟化物暴露与儿童神经行为发育之间的关系。