甲基丙二酸在双酚A暴露与60岁及以下成人心血管疾病关联中的中介效应：基于NHANES的横断面研究与网络毒理学分析

《Ecotoxicology and Environmental Safety》：Association between bisphenol A exposure, methylmalonic acid, and cardiovascular disease among adults aged 60 and younger

　　

双酚A（BPA）暴露与循环甲基丙二酸（MMA）水平升高存在关联。MMA在统计学上可部分解释BPA与心血管疾病（CVD）之间的关联。MMA可能作为BPA相关CVD风险的生物标志物。本研究首次在60岁及以下个体中确定了BPA暴露与循环MMA之间存在显著正相关。随后的分析表明，MMA可能部分地解释了BPA与CVD风险之间的关联。鉴于NHANES的横断面设计，研究人员无法确立时间先后顺序；因此，有必要开展前瞻性队列研究和机制研究以验证所观察到的关联及其潜在机制。

**论文解读：双酚A暴露、甲基丙二酸与60岁及以下成人心血管疾病的关联研究**

**一、研究背景与科学问题**

心血管疾病（CVD）涵盖影响心脏和血管系统的多种疾病。近年来，动脉粥样硬化性心血管疾病在较年轻成人中的发病呈令人担忧的上升趋势，55岁以下男性和65岁以下女性的发病风险均有所增加。即使在15至39岁的年轻人群中，缺血性心脏病（IHD）的年龄标准化发病率在1999年至2019年间也呈持续上升态势。随着人类预期寿命的延长，早年罹患CVD的个体在生命后期发生严重并发症和复发事件的风险天然更高，从而带来更沉重的经济负担。除不良饮食习惯和不健康生活方式等传统因素外，大量研究已揭示环境污染物暴露与CVD发生和发展之间的关联。

双酚A（BPA）是一种广泛应用于聚碳酸酯塑料和环氧树脂生产的人造化学品，常见于食品包装、牙科材料和医疗器械等各种消费品中。由于其广泛应用，BPA已成为一种普遍的环境污染物，常在人类生物样本中被检出。越来越多的证据表明BPA暴露与CVD风险之间存在显著关联。甲基丙二酸（MMA）是奇数链脂肪酸及异亮氨酸、缬氨酸、甲硫氨酸和苏氨酸等氨基酸在线粒体分解代谢过程中形成的中间代谢产物。在生理条件下，MMA通常转化为琥珀酸并进入三羧酸循环。值得注意的是，即使在肾功能表面正常的社区居住成人中，血清MMA浓度也呈现年龄依赖性升高。同时，新近证据提示MMA可能作为线粒体功能障碍（mitochondrial dysfunction）的有前景的生物标志物，且与CVD显著相关。

然而，支持线粒体功能障碍作为BPA暴露与CVD风险之间中介的流行病学证据仍然有限。为阐明BPA、MMA、线粒体功能障碍与CVD之间的机制联系，并为公共卫生干预提供依据，研究人员开展了此项研究。为分离出连接BPA与早期心血管风险的潜在线粒体介导途径，而非捕捉高龄不可避免的代谢后果，研究人员特意将研究样本限制在来自美国国家健康与营养调查（NHANES）的60岁及以下成人。

**二、关键技术与方法概述**

本研究采用横断面设计，利用NHANES 2003–2004、2011–2012和2013–2014三个调查周期中同时具有尿BPA和MMA数据的参与者，经严格纳入和排除标准筛选后最终纳入2275名20至60岁成人。尿BPA水平采用固相萃取结合高效液相色谱串联质谱法进行定量检测。循环MMA水平在2003–2004周期采用气相色谱-质谱法在血浆中测定，在2011–2014周期采用液相色谱-串联质谱法在血清中测定。CVD的识别基于标准化问卷中参与者自报的医生诊断，涵盖充血性心力衰竭、冠心病、心绞痛、心肌梗死和卒中。主要统计方法包括：采用Logistic回归分析BPA和MMA与CVD的关联；采用线性回归和限制性立方样条（RCS）分析BPA与MMA的关联；通过中介分析（mediation analysis）将BPA-CVD总关联分解为直接效应和经MMA的间接效应，并采用准贝叶斯近似结合1000次蒙特卡罗模拟估计间接效应及其95%置信区间。此外，研究人员采用网络毒理学（network toxicology）方法，从比较毒理基因组学数据库（CTD）、ChEMBL和SwissTargetPrediction数据库获取BPA靶基因，从人类MitoCarta3.0数据库获取线粒体功能相关基因，通过维恩图取交集获得BPA相关的线粒体功能靶基因，并对其进行基因本体论（GO）和京都基因与基因组百科全书（KEGG）通路富集分析。

**三、主要研究结果**

**（一）研究对象基本特征**

研究共纳入2275名参与者，平均年龄39.27岁，男性略多于女性。BPA水平较高的参与者更可能为当前吸烟者和饮酒者，同时体力活动参与度、教育水平和贫困收入比（PIR）相对较低。

**（二）BPA与MMA水平的关联**

在调整年龄、性别、体重指数（BMI）、种族、教育水平、PIR、吸烟状态、饮酒状态、代谢当量（MET）、高血压、高胆固醇血症、糖尿病（DM）、调查周期、估算肾小球滤过率（eGFR）和维生素B₁₂水平后，BPA与MMA之间存在显著正相关（β=0.04；95%CI：0.01,0.06）。RCS分析揭示了总体上呈正向的剂量-反应趋势，在lnBPA较高水平时呈现平台效应（总体P<0.001；非线性P=0.084）。四分位组特异性估计值（Q2、Q3、Q4的β分别为0.11、0.11和0.10）也提示增量风险可能在超过一定暴露阈值后趋于饱和。

**（三）网络毒理学分析结果**

综合分析从CTD、ChEMBL和SwissTargetPrediction数据库共获得26510个BPA独立靶基因，从人类MitoCarta3.0数据库获得1136个线粒体功能相关基因，通过维恩图识别出1124个与BPA暴露相关的线粒体基因。GO富集分析中，"线粒体组织"（GO:0007005）、"线粒体蛋白复合物"（GO:0098798）和"电子传递活性"（GO:0009055）等术语显著富集。值得注意的是，KEGG通路富集分析显示，与MMA代谢密切相关的"丙酸代谢"通路（propionate metabolism, hsa00640）呈现显著富集。

**（四）BPA、MMA与CVD风险的关联**

在充分调整协变量后，ln转换BPA每增加一个单位，CVD风险增加1.64倍（OR=1.64；95%CI：1.00,2.67）。BPA与心绞痛（OR=1.82；95%CI：1.03,3.19）、心肌梗死（OR=1.94；95%CI：1.17,3.23）和卒中（OR=2.13；95%CI：1.14,4.00）均呈正相关。同时，MMA与复合CVD结局（OR=1.99；95%CI：1.08,3.68）、心绞痛（OR=2.60；95%CI：1.06,6.37）和卒中（OR=3.00；95%CI：1.07,8.41）显著相关。

**（五）MMA对BPA-CVD关联的分解效应**

中介分析显示，在BPA-CVD总关联中，经MMA的间接效应占总效应的4.41%（P<0.0001）。在亚型分析中，BPA-心绞痛关联中经MMA的间接效应占比4.39%（P<0.0001），BPA-卒中关联中经MMA的间接效应占比8.20%（P<0.0001）。

**（六）敏感性与分层分析**

在排除BPA水平低于检出限的参与者或进一步调整二苯酮-3和三氯生水平后，BPA与MMA的正向关联以及MMA的中介比例均保持稳健。按调查周期分层分析显示，与2003–2004周期相比，2011–2012和2013–2014周期中BPA与MMA的正向关联更强，但交互作用不显著（P=0.657）。按性别分层分析显示，女性中MMA与CVD的正向关联强于男性。按维生素B₁₂中位水平分层分析表明，在维生素B₁₂水平较高者中，经MMA的间接效应比例高于维生素B₁₂水平较低者。

**四、讨论与结论**

本研究首次提供了基于人群的证据，证明在60岁及以下成人中BPA暴露与MMA水平存在显著正相关。网络毒理学分析作为探索性假设生成方法，揭示BPA相关靶基因在"丙酸代谢"通路中富集，这为解释BPA与MMA的正向关联提供了初步的生物学线索。生理学上，丙酸经丙酰辅酶A羧化酶、甲基丙二酰辅酶A差向异构酶和甲基丙二酰辅酶A变位酶等一系列反应代谢为琥珀酰辅酶A，MMA正是该途径的下游副产物。

研究人员承认4.41%的中介比例较为温和，但有以下考量：首先，中介分析的方法学指南强调其核心价值在于识别机制而非单纯比较中介比例；其次，在CVD这类多因素疾病中，单一中介解释总效应的4–6%不可忽视；再次，单次点样测量带来的非差异性测量误差通常会使效应估计趋向无效假设，真实的中介比例可能更大。此外，在维生素B₁₂水平较高者中，BPA对CVD的直接效应被完全削弱，间接效应比例更高，提示本研究中MMA变异更可能反映线粒体功能障碍而非亚临床维生素B₁₂缺乏或肾脏排泄的残余混杂。综合现有证据，研究人员推测慢性BPA暴露可能升高MMA水平，损害线粒体功能，并触发"恶性循环"，但该假设有待进一步研究验证。

本研究也存在局限性：横断面设计无法确定时间先后顺序，中介分析固有地假设了无法在NHANES数据中验证的因果路径；单次点样尿BPA和MMA测量可能不能准确反映长期暴露或代谢状态；尽管已对维生素B₁₂和eGFR进行仔细调整，肠道微生物组通过细菌丙酸产生MMA以及肾小管功能的亚临床变异等未测量因素仍可能造成残余混杂；纳入与排除参与者在多数特征上存在显著差异，尽管已进行调整，仍不能排除实质性选择偏倚；研究限制在60岁及以下成人虽增强了内部效度，但限制了研究结果对老年人群的推广性。

**研究结论：** 本研究首次在60岁及以下个体中确定了BPA暴露与循环MMA之间存在显著正相关。后续分析表明，MMA可能部分地解释BPA与CVD风险之间的关联。至关重要的是，鉴于NHANES的横断面设计，研究人员无法确立时间先后顺序；因此，前瞻性队列研究和机制研究对于验证所观察到的关联及其潜在机制十分必要。