流行病学和网络毒理学对挥发性有机化合物暴露对甲状腺功能影响的见解及其潜在机制

《Environmental Pollution》：Insights from Epidemiology and Network Toxicology into the Effect of Volatile Organic Compounds Exposure on Thyroid Function and the Underlying Mechanism

　　

摘要

挥发性有机化合物（VOCs）是普遍存在的环境污染物，对人类健康构成重大风险。然而，它们对甲状腺功能的影响及其潜在机制在很大程度上尚未被研究清楚。本研究利用了2011-2012年国家健康与营养调查中1201名年龄≥20岁参与者的数据。通过加权广义线性模型（用于单一分析）和分位数g计算（QgComp）以及贝叶斯核机回归（BKMR）（用于混合物分析），研究了16种VOCs代谢物（源自13种VOCs）对10项甲状腺功能指标的个体和混合效应。网络毒理学被用来探究其背后的机制。在单一分析中，我们发现一些VOCs代谢物（如N-乙酰-S-(N-甲基氨基甲酰)-L-半胱氨酸 [AMCC] 和 N-乙酰-S-(2-氰乙基)-L-半胱氨酸 [CYMA]）与甲状腺球蛋白（hTg）呈正相关，与游离甲状腺素（FT4）、促甲状腺激素（TSH）、甲状腺素抵抗指数（TT4RI）、TSH指数和甲状腺过氧化物酶抗体（TPO-Ab）呈负相关，而与总三碘甲状腺原氨酸（TT3）、游离三碘甲状腺原氨酸（FT3）、总甲状腺素（TT4）或甲状腺球蛋白抗体（anti-hTg）无关。两种混合物模型（BKMR和QgComp）均显示，16种VOCs代谢物的混合物与TT3（β=0.0161；95% CI: 0.0056～0.0265）和FT3（0.0077；0.0020～0.0134）呈正相关，与FT4（-0.0158；-0.0248～-0.0067）、TSH（-0.0395；-0.0726～-0.0065）、TT4RI（-0.0552；-0.0883～-0.0221）、TSH指数（-0.0336；-0.0556～-0.0117）和TPO-Ab（-0.1001；-0.2066～-0.0056）呈负相关。基于假设生成的网络毒理学分析显示，白细胞介素-17（IL-17）信号通路在VOCs暴露与甲状腺功能障碍之间有显著关联。总之，普通成年人接触单一VOCs或多种VOCs混合物与甲状腺功能改变有关，可能的机制涉及IL-17信号通路。

引言

挥发性有机化合物（VOCs）是一类常见的室外和室内环境污染物，在自然现象及人为活动中广泛存在，包括植被自然释放、森林火灾、火山活动、工业排放、车辆尾气、生物质燃烧、农业活动（如农药喷洒）、室内装饰、办公工作（如打印和复印）、厨房烹饪、吸烟以及日常家用产品（香水、洗发水、喷雾等）（Li等人，2021年；Paciência等人，2016年）。由于其在环境中的普遍存在、广泛的健康危害，以及作为细颗粒物和臭氧的主要前体，并且是光化学烟雾和霾形成的重要原因，VOCs已成为全球主要的空气污染物之一，对生态环境尤其是人类健康构成严重威胁（Li等人，2021年；Paciência等人，2016年）。根据《清洁空气法》，许多VOCs被认定为有害空气污染物，已知或疑似会导致严重的健康问题，需要环境保护局进行监管以保护公众健康（EPA，2024年）。

虽然已经对VOCs的健康影响进行了大量研究，但对其对甲状腺功能的影响研究较少。甲状腺功能对环境污染物非常敏感，在维持整体健康（生长、发育、生殖、心血管代谢等）中起着关键作用（Brent，2012年；Li等人，2021年）。甲状腺功能异常变化伴随着多种健康问题，包括生殖问题、代谢紊乱和心血管疾病等，这已成为一个重大的健康问题（Jabbar等人，2017年；Krassas等人，2010年；Sinha等人，2018年）。因此，阐明VOCs暴露对甲状腺功能的影响及其潜在机制对于控制VOCs污染、预防甲状腺功能障碍和保护公众健康至关重要。尽管之前的零星研究提供了关于VOCs暴露与甲状腺功能之间潜在联系的宝贵见解（Banerjee等人，1997年；Fernie等人，2016年；Lee等人，2025年；Lin等人，2015年；Santini等人，2008年；Zimmermann和Boelaert，2015年），但多种VOCs暴露对甲状腺功能的影响及其潜在机制仍远未完全理解。

因此，我们进行了这项基于国家健康与营养调查（NHANES）的研究，纳入了1201名普通成年人，这些成年人提供了相对全面的血清甲状腺功能数据（10项指标，包括总三碘甲状腺原氨酸[TT3]、游离三碘甲状腺原氨酸[FT3]、总甲状腺素[TT4]、促甲状腺激素[TSH]、甲状腺素抵抗指数[TT4RI；计算公式为TT4RI=FT4*TSH]、TSH指数[计算公式为TSH指数=ln [TSH]+0.1345*FT4]、甲状腺球蛋白[hTg]、甲状腺球蛋白抗体[anti-hTg]）以及多种VOCs暴露的生物标志物数据（13种VOCs的16种尿液代谢物）。本研究的新贡献在于，我们系统地研究了VOCs暴露对甲状腺功能的影响，通过检测单一VOCs代谢物和16种VOCs代谢物混合物对甲状腺功能的影响，并通过网络毒理学分析进一步探究了可能的（假设生成）机制，这可以为现有文献提供额外的证据。通过整合流行病学和网络毒理学证据，我们试图阐明VOCs暴露对成人甲状腺功能的单一和混合效应及其潜在机制。

章节片段

研究参与者

NHANES是由国家卫生统计中心和疾病控制与预防中心（CDC）每两年进行一次的调查，旨在了解美国人群的健康和营养状况（CDC，2025年；Wang等人，2024a年；Wen等人，2024年）。本研究使用了2011-2012年NHANES周期的数据（该周期是唯一同时拥有尿液VOCs代谢物和血清甲状腺功能数据的周期），最初招募了9756名受试者。

研究参与者特征

如表1所示，1201名参与者的平均年龄为46.5岁，BMI为28.7 kg/m2。大多数参与者是非西班牙裔白人（39.3%），非吸烟者（57.4%），有大学或同等学历（30.7%），家庭收入与贫困线的比率低于5（82.3%），并且有用药史（56.5%）。甲状腺功能指标的中位水平分别为：TT3为113.0 ng/dL，FT3为3.1 pg/mL，...

讨论

在本研究中，发现几种作为VOCs暴露生物标志物的单一VOCs代谢物与甲状腺功能指标呈负相关或正相关。更重要的是，QgComp和BKMR模型均显示所有VOCs代谢物混合物与甲状腺功能指标（包括FT4、TSH、TT4RI、TSH指数和TPO-Ab）呈负相关，而与TT3和FT3呈正相关。此外，IL-17信号通路以及EGFR、IL-1β、AKT1...

结论

本研究结合美国成年人口的流行病学证据和网络毒理学证据，系统地揭示了VOCs暴露（通过尿液VOCs代谢物反映）与甲状腺功能改变之间的关联及其可能的（假设生成）机制。流行病学证据表明，接触某些单一VOCs（如丙烯腈和N,N-二甲甲酰胺）与hTg呈正相关，而与FT4、TSH、TT4RI呈负相关。

CRediT作者贡献声明

陈鹏飞：撰写 – 审审与编辑，研究。陈伟宏：撰写 – 审审与编辑，监督，资源管理，项目管理，方法学，研究，数据管理，概念构思。王斌：撰写 – 审审与编辑，监督，资源管理，项目管理，方法学，研究，资金获取，数据管理，概念构思。刘青：撰写 – 审审与编辑，原始稿撰写，可视化，软件应用，方法学，研究，

伦理声明

已获得所有参与者或其法定代表人的书面知情同意，同意参与本研究并发表相关文章。保障了参与者的隐私权。

本研究涉及器官或组织捐赠者。使用了来自捐赠者或其亲属或法定代表的同意书，允许将样本用于本研究及文章发表。本研究使用的样本并非来源于已执行...

数据可用性

论文中用于评估结论的所有数据均包含在论文和/或补充材料中。如需更多与本文相关的数据，可向相应作者（B.W.和W.C）提出合理请求。

利益冲突

未声明任何利益冲突。

资金支持

本研究得到了中国国家自然科学基金（82574050；82203996）、湖北省自然科学基金（2025AFB591）、科技基础资源研究计划（2023FY100602）和中国博士后科学基金（2022T150230；2021M691131）的支持。

利益冲突声明

? 作者声明他们没有已知的会影响到本文报告工作的财务利益或个人关系。

致谢

感谢所有参与本研究的研究团队成员。

刘青|洪雷|宋家豪|万淑慧|张永芳|霍志英|王菲菲|熊亚妮|陈鹏飞|陈伟宏|王斌

华中科技大学公共卫生学院职业与环境健康系，武汉，湖北430030，中国