《Journal of Exposure Science & Environmental Epidemiology》：Prenatal exposure to aromatic amines and associations with infant cognition in the ECHO.CA.IL cohorts
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摘要
背景：芳香胺（Aromatic Amines, AAs）是被广泛用于消费品中的致癌化合物。然而，目前评估孕期AA暴露的研究很少，且尽管有体外研究提示其神经毒性，尚无人类研究探讨AAs与婴儿认知之间的关联。
目的：研究人员利用伊利诺伊州儿童发展研究（I
摘要
背景：芳香胺（Aromatic Amines, AAs）是被广泛用于消费品中的致癌化合物。然而，目前评估孕期AA暴露的研究很少，且尽管有体外研究提示其神经毒性，尚无人类研究探讨AAs与婴儿认知之间的关联。
目的：研究人员利用伊利诺伊州儿童发展研究（Illinois Kids Development Study）与“我们体内的化学物质”（Chemicals in Our Bodies）两个前瞻性出生队列的亚样本（合计构成ECHO.CA.IL，N=250），开展了一项关于产前AA暴露与婴儿认知结局的分析。
方法：在孕中期尿液样本中测量了包括苯胺（aniline）、邻/间甲苯胺（o/m-toluidine）、4-氯苯胺（4-chloroaniline）、邻甲氧基苯胺（o-anisidine）、4,4'-亚甲基二苯胺（4,4'-methylenedianiline）以及可替宁（cotinine）在内的AAs，这些物质在>50%的参与者中检出。婴儿认知通过红外眼动仪在7.5月龄时执行的视觉识别记忆（visual recognition memory, VRM）任务进行评估。研究人员使用线性回归检验单个自然对数转换后的AAs及其摩尔总和与VRM结局之间的关联，并检验了儿童性别的效应修饰和交互作用。
结果：自然对数单位增加的ΣAAs及单一分析物4,4'-亚甲基二苯胺与达到熟悉化时间的增加相关，提示注意力较差（β=7.1，95%置信区间[CI]=-0.97, 15.16；β=3.95，95%CI=-0.27, 8.17）。可替宁与新异偏好降低相关（β=-0.01，95%CI=-0.02, 0），提示工作记忆较差。苯胺仅在女性婴儿中与达到熟悉化时间增加相关（交互作用p值=0.06）。
影响：这是首个评估孕期芳香胺暴露与婴儿认知之间关系的流行病学研究。研究人员利用了孕期芳香胺暴露的生物标志物，以及在7.5月龄时通过基于眼动追踪的敏感视觉识别记忆任务，来捕捉环境流行病学中很少评估的早期认知领域。通过在前瞻性队列中检验单一化合物、其摩尔总和及性别特异性效应，本研究将关于芳香胺的关注从致癌性扩展到早期神经发育，揭示了一条在关键发育窗口期内尚未被充分认识的潜在危害途径。
论文解读
一、研究背景与问题
芳香胺（aromatic amines, AAs）是一类胺基直接连接在苯环上的环境化学物，广泛用于染料、颜料、橡胶、塑料、炸药、农药及某些药品的生产，也可通过烟草烟雾、柴油废气及肉类高温烹饪等途径暴露。尽管AAs暴露广泛，但在基于人群的研究中，包括孕妇群体，并未被常规监测。国际癌症研究机构（International Agency for Research on Cancer, IARC）已将苯胺、邻甲苯胺、4-氯苯胺、邻甲氧基苯胺和4,4'-亚甲基二苯胺等列为可能或可疑人类致癌物，许多AAs也位列加州65号提案（California's Proposition 65）的致癌或生殖毒性化学物清单。尽管这些化合物易于穿过胎盘屏障，但关于孕期AA暴露对发育健康影响的研究极为有限。实验证据提示多种AAs具有发育神经毒性：小鼠产前苯胺暴露可减少视前区性二态核的神经元数量；卤化苯胺在非洲爪蟾胚胎中引起脊柱畸形；3,4-二氯苯胺在斑马鱼中诱导水肿、脊柱畸形、死亡和运动能力受损；大鼠孕期暴露于3,5-二甲基苯胺可导致皮层变薄和皮层细胞计数减少。机制研究表明，苯胺类及其他常见AAs可诱导DNA损伤、氧化应激、炎症和/或抑制细胞增殖，这些通路与神经细胞损伤、认知障碍、发育迟缓和早产等妊娠并发症相关。一项巴西妊娠队列（n=300）报道尿液AAs检出率极高（八种分析物100%检出），其中特定化合物与8-羟基-2'-脱氧鸟苷（8-hydroxy-2'-deoxyguanosine, 8-OH-dG）呈正相关，后者是已确立的氧化应激和DNA损伤生物标志物，并与神经发育缺陷相关。可替宁（cotinine）本身也与神经发育缺陷有关，啮齿动物研究显示产前烟碱和可替宁暴露可导致空间记忆和注意力的长期缺陷，以及学习记忆关键脑区的结构变化。然而，迄今为止尚无人类研究探讨孕期AA暴露与婴儿早期认知的关联。ECHO项目将AAs列为基于暴露证据和神经发育危害潜力的优先化学物。为此，研究人员汇集了加州旧金山和伊利诺伊州尚佩恩-厄巴纳两个前瞻性出生队列的数据，检验孕期AAs暴露（单独及混合）是否与7.5月龄婴儿认知相关。
二、研究开展与主要结论
研究人员从伊利诺伊儿童发展研究（Illinois Kids Development Study, IKIDS）和“我们体内的化学物质”（Chemicals in Our Bodies, CIOB）两个前瞻性出生队列中选取亚样本（共250对母婴，IKIDS 186对，CIOB 64对），合并形成ECHO.CA.IL队列。所有参与者在孕中期提供尿液样本，采用高效液相色谱-串联质谱法（high-performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry）检测六种检出率≥50%的AAs（苯胺、可替宁、邻/间甲苯胺、4-氯苯胺、邻甲氧基苯胺和4,4'-亚甲基二苯胺）。婴儿认知在7.5月龄时通过基于红外眼动追踪的视觉识别记忆（visual recognition memory, VRM）任务评估，该任务测量视觉注意、信息处理速度和工作记忆等基本认知构建。统计分析采用调整和最小调整的广义线性回归模型，检验单个自然对数转换AAs及其摩尔总和与四个VRM结局（达到熟悉化时间、平均注视持续时间、转换率、新异偏好）的关联；使用贝叶斯核机器回归（Bayesian kernel machine regression, BKMR）检查暴露间交互作用；并按儿童性别进行分层分析和敏感性分析。研究结果显示，自然对数单位增加的ΣAAs、邻/间甲苯胺和4,4'-亚甲基二苯胺与达到熟悉化时间增加相关，提示视觉注意力较差；可替宁与新异偏好降低相关，提示工作记忆较差；苯胺仅在女性婴儿中与达到熟悉化时间增加相关。该研究首次在人类中报道了孕期AA暴露与婴儿认知的关联，将AAs的健康关注从致癌性拓展至早期神经发育，提示在关键发育窗口期存在尚未被充分认识的潜在危害途径。
三、主要关键技术方法
研究人员使用了以下关键技术方法：（1）基于同位素稀释的高效液相色谱-串联质谱法（high-performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry）定量孕中期尿液中的六种AAs及可替宁，以摩尔总和（ΣAA）表征混合暴露；（2）基于红外眼动追踪的视觉识别记忆（visual recognition memory, VRM）任务在7.5月龄评估婴儿认知，获得注意力、信息处理速度和工作记忆指标；（3）广义线性回归模型分析单个AAs及ΣAA与VRM结局的关联，并调整队列、尿比重、 maternal age、教育、孕前BMI、婴儿年龄和性别等协变量；（4）贝叶斯核机器回归（Bayesian kernel machine regression, BKMR）用于评估暴露-反应关系的非线性及暴露间交互作用；（5）按婴儿性别分层及计算交互作用p值进行效应修饰分析。样本来源为ECHO.CA.IL队列的250对母婴（IKIDS 186对，CIOB 64对）。
四、研究结果
1. 人群与暴露分布特征
在合并的ECHO.CA.IL队列中，母亲平均年龄32岁（SD=4.2），孕前平均BMI为26 kg/m2（SD=6.4）。大多数参与者已婚或与伴侣同居（93%），拥有研究生学位（50%），且为经产（55%）。IKIDS中白人比例高于CIOB（83%对47%），CIOB中分娩女婴的比例略高（59%对53%）。队列间AAs分布相似，但IKIDS中4-氯苯胺和邻/间甲苯胺平均水平高于CIOB（如4-氯苯胺的几何均数在IKIDS为1.37 ng/mL，CIOB为0.48 ng/mL）。ΣAA的几何均数为0.20 μM（GSD=2.68）。个体分析物中苯胺的几何均数最高（0.24 ng/mL），邻甲氧基苯胺最低（0.25 ng/mL）。ΣAA与苯胺强相关（ρ=0.78），与其他AAs中度至弱相关（ρ范围0.12~0.56）。
2. 单一AAs及ΣAA与VRM结局的关联
调整线性回归模型显示，自然对数单位增加的ΣAA、邻/间甲苯胺和4,4'-亚甲基二苯胺分别与达到熟悉化时间增加相关（β=7.1，95%CI=-0.97, 15.16；β=3.61，95%CI=-1.68, 8.9；β=3.95，95%CI=-0.27, 8.17），提示注意力较差。大多数AAs与转换率增加相关（如邻/间甲苯胺和4-氯苯胺的β=0.01，95%CI=0.0, 0.03）。4-氯苯胺、邻甲氧基苯胺和4,4'-亚甲基二苯胺与新异偏好适度增加相关。相反，可替宁自然对数增加与新异偏好降低相关（β=-0.005，95%CI=-0.011, 0.00），提示工作记忆较差。平均注视持续时间未观察到显著关联。队列特异性模型与合并模型结果相似，但置信区间更宽。仅调整尿比重的模型结果一致。
3. 按婴儿性别的效应修饰
按性别分层后，苯胺仅在男性中与平均注视持续时间增加相关（β男=0.35，95%CI=-0.16, 0.86；β女=-0.13，95%CI=-0.55, 0.29，p交互=0.20）。4-氯苯胺仅在男性中与新异偏好正相关。相反，苯胺和邻甲氧基苯胺仅在女性中与达到熟悉化时间增加相关（如苯胺：β女=4.03，95%CI=0.55, 7.62；β男=-8.61，95%CI=-22.29, 5.07，p交互=0.06）。在IKIDS内按刺激集分层的模型中，观察到4,4'-亚甲基二苯胺与刺激集在新异偏好结局上存在显著交互，可替宁与刺激集在达到熟悉化时间和新异偏好上存在交互，邻甲氧基苯胺与刺激集在达到熟悉化时间上存在交互（所有p交互<0.10）。未观察到性别、刺激集和AAs的三因素交互。
4. BKMR结果
BKMR单变量暴露-反应函数显示，苯胺、可替宁、邻/间甲苯胺和4-氯苯胺与平均注视持续时间的关联呈非线性下凹形曲线。所有单一变量风险汇总均显示非显著性，且交互作用证据极少。
五、讨论与结论总结
讨论部分指出，这是首个检验孕期AAs暴露与婴儿认知关联的人类研究。研究发现ΣAAs及部分单一分析物与较长的达到熟悉化时间相关，反映较差的视觉注意力；可替宁与新异偏好降低相关，反映较差的识别记忆。其中邻甲氧基苯胺与可替宁无相关性（ρ=0.06），提示该关联并非可替宁暴露的混杂假象。研究还发现，在CIOB队列中邻甲氧基苯胺与妊娠期糖尿病风险增加相关，而AAs也与孕龄的微小变化相关。苯胺作为结构最简单的AA，在人群中检出比例最高，也是多种AAs经N-羟化代谢的终末代谢产物，其高浓度可能反映这一代谢过程。研究观察到的苯胺水平与更大的ECHO-wide队列相当，提示暴露水平具有人群代表性。VRM任务对多种产前暴露敏感，但不同化学物影响的认知域存在特异性。研究优势包括使用红外眼动仪减少结局错分、在7.5月龄评估认知以实现早期干预、汇集两个不同地区的前瞻性队列增强外推性。局限性包括受教育程度较高的人群构成可能限制可比性，以及单次孕中期尿液样本可能无法反映整个孕期的暴露，但既往研究显示苯胺和邻甲氧基苯胺在五周内的组内相关系数为0.6，表明中等可靠性。研究结论：研究人员进行了首个关于产前AAs暴露与婴儿认知关联的研究，发现ΣAAs及若干单一分析物与达到熟悉化时间延长相关，反映注意力较差；可替宁与新异偏好降低相关，反映识别记忆较差。未来需要开展体外、体内及纵向AAs评估研究以进一步阐明这些发现。
