空氣污染與先天性小耳畸形關系的研究進展

中國醫(yī)科大學附屬盛京醫(yī)院臨床流行病學教研室，遼寧 沈陽 110004

自2002年Ritz 等［1］首次發(fā)現(xiàn)了周圍空氣污染與新生兒畸形發(fā)生的關聯(lián)之后，國內(nèi)外多項流行病學研究結果顯示空氣污染與先天畸形及其亞型之間存在關聯(lián)，如先天性心臟畸形、神經(jīng)管畸形、肢體畸形和生殖系統(tǒng)異常等［2-7］。隨著研究的不斷深入，部分研究將空氣污染與耳畸形聯(lián)系在一起。本文通過文獻復習，綜述空氣污染與先天性小耳畸形的關系，并探討其病因線索，以期為先天性小耳畸形病因?qū)W研究及制定預防措施提供依據(jù)。

1 先天性小耳畸形與空氣污染研究概況

1.1 先天性小耳畸形概況

脊椎動物的耳朵分為外耳、中耳和內(nèi)耳［8］。先天性小耳畸形可被定義為先天性胚胎發(fā)育障礙所造成的，以外耳的長度和寬度均減小為特征的畸形，即耳廓畸形。先天性小耳畸形是耳畸形的主要類型［9］，其臨床表現(xiàn)主要為重度耳廓發(fā)育不全、外耳道畸形和聽力損害，有時甚至伴發(fā)身體其他系統(tǒng)的畸形，因而可分為單純型小耳畸形和綜合征型小耳畸形［10］。在所有先天性小耳畸形的病例中，一半的病例是單純型小耳畸形，另一半則是合并其他畸形的綜合征型小耳畸形，且其他畸形中最常見的是顱面部畸形［9］。小耳畸形患病率在全球差異很大，為0.83/萬～17.4/萬［11］；且存在男性易患和右側(cè)耳朵患病頻率更高的特點［12］。90%先天性小耳畸形患者是單側(cè)耳畸形，且雙側(cè)比單側(cè)耳畸形患其他相關畸形或綜合征型小耳畸形的風險更高［9］。由原國家衛(wèi)生部發(fā)布的《中國出生缺陷防治報告（2012）》中指出，先天性小耳畸形的發(fā)生率位列第10位（2011年2.79/萬，2010年3.09/萬）［13］，且存在逐年上升的趨勢，給患者帶來巨大的生理障礙、心理和經(jīng)濟負擔。

1.2 空氣污染概況

隨著我國經(jīng)濟的迅猛發(fā)展和人口的日益擴大，能源消耗和機動車輛不斷增加，給中國城市的大氣環(huán)境帶來沉重的負擔。被污染的空氣中存在大量的空氣污染物，空氣中污染物的成分通常是個復雜的混合體。一般將其分成顆粒物（particulate matter，PM）和氣態(tài)污染物兩大類。其中PM按其空氣動力學當量直徑大小又可被分為可吸入顆粒物PM10（直徑＜10 mm）、粗顆粒物PM10～2.5（直徑＜10～2.5 mm）、細顆粒物PM2.5（直徑＜2.5 mm）和超細顆粒物（ultrafine particles，UFPs）（直徑＜0.1 mm）等；氣態(tài)污染物則包括CO、NOx、SO2和O3等。當前我國的空氣污染主要表現(xiàn)為：SO2污染一直處在較高水平，機動車尾氣污染物排放的總量也在迅速增加，PM 濃度值在大城市中普遍超標，NOx污染亦呈現(xiàn)出加重的趨勢［14］。由這些空氣污染物產(chǎn)生的空氣污染問題日益突出，據(jù)世界衛(wèi)生組織稱，暴露于室內(nèi)外空氣污染會導致諸如中風、心臟病、肺癌，慢性阻塞性肺病和包括肺炎在內(nèi)的呼吸道感染等疾病，而這些疾病每年造成700 萬人過早死亡［15］。關于空氣污染與人類健康的研究持續(xù)近幾十年，越來越多的研究也表明孕婦妊娠期暴露于空氣污染物會對母體、胎兒和新生兒造成諸多不利影響，包括不孕不育、妊娠期糖尿病、妊娠期高血壓、胎膜早破、死胎、死產(chǎn)、宮內(nèi)發(fā)育遲緩、低出生體重、早產(chǎn)和先天畸形等［16-18］。

2 空氣污染與先天性小耳畸形的關系

2.1 流行病學研究結果

國內(nèi)外雖有多項流行病學研究結果顯示空氣污染與先天畸形及其亞型之間存在關聯(lián)［2-7］。但到目前為止，只有5項流行病學研究探討了空氣污染與先天性小耳畸形風險之間的關系，且結果并不一致。最早是2009年Rankin等［19］報道的在英國北部地區(qū)進行的基于人群的病例對照研究，他們從英國國家空氣質(zhì)量信息檔案館網(wǎng)站獲得母親住所10 km范圍內(nèi)所有環(huán)境空氣監(jiān)測站測得的黑煙（black smoke，BS；空氣動力學直徑≤4 g·m-3的顆粒物）和二氧化硫（SO2）的每日讀數(shù)，用來計算懷孕前三個月的總污染物暴露量的平均值，再把暴露量的平均值作為對照和病例［先天畸形病例均取自北部地區(qū)先天畸形調(diào)查（Northern Congenital Abnormality Survey，NorCAS）項目］的暴露評估值。暴露窗口期之所以選擇懷孕前三個月是因為他們認為這是先天畸形最容易發(fā)生的時期。最后采用非條件logistic回歸模型調(diào)整出生體重、嬰兒性別和貧困情況后發(fā)現(xiàn)，BS、SO2暴露與眼、耳、面和頸畸形呈正向關聯(lián)［BS每增加1 000 g·m-3，OR=1.12，95%CI：0.93～1.34；以四分位數(shù)分組（分別以Q1、Q2、Q3、Q4 表示從小到 大4 個組），與Q1 組相比，SO2暴露的Q4 組，其OR=1.76，95%CI：0.59～5.29］，但相關均無統(tǒng)計學意義。

2013年Vinikoor-Imler 等［20］報道在美國的北卡羅納州進行了一項隊列研究，該研究采用分層貝葉斯模型評估孕婦3～8周PM2.5和O3暴露水平，在調(diào)整了母親種族和年齡等混雜因素后，二項式回歸模型分析發(fā)現(xiàn)小耳/無耳畸形分別與PM2.5和O3的暴露呈正向關聯(lián)［PM2.5每增加4 g·m-3，OR=1.29，95%CI：0.80～2.07；O3每增加0.395 3 mg·m-3（19 ppb），OR=1.18，95%CI：0.67～2.09］，但由于病例數(shù)較少（n=44），可信區(qū)間較寬且包括零，相關無統(tǒng)計學意義。據(jù)了解，這是首次研究小耳/無耳與空氣污染之間的聯(lián)系。

同年Padula 等［21］報道了在加利福尼亞州的圣華金河谷進行了一項病例對照研究，在這之前，該團隊已經(jīng)調(diào)查了交通相關的空氣污染與特定的缺陷類型如神經(jīng)管缺陷、口面部裂、腹裂［22］和先天性心臟病亞型［23］之間的關系。此次調(diào)查的目的是探索交通相關的空氣污染是否與加州圣華金河谷出現(xiàn)的其他結構性異常有關。該研究采用反距離加權法評估孕婦懷孕后前2個月CO和NO2暴露水平，在調(diào)整產(chǎn)婦種族/民族、教育程度和維生素使用情況后，多變量logistic回歸分析發(fā)現(xiàn)CO與小耳/無耳畸形呈負相關，與0.162 5～0.487 5 mg·m-3（0.13～0.39 ppm）比較，在0.900 0～1.712 5 mg·m-3（0.72～1.37 ppm）范圍內(nèi)，調(diào)整OR=0.4，95%CI：0.2～0.8；NO2與小耳/無耳畸形呈正相關，與0.047 9～0.266 4 mg·m-3（2.40～13.36 ppb）相比，在0.266 6～0.335 2 mg·m-3（13.37～16.81 ppb）范圍內(nèi)，調(diào)整OR=1.9，95%CI：1.1～3.3。這是繼Rankin 等［19］和Vinikoor-Imler等［20］之后首次發(fā)現(xiàn)空氣污染與小耳/無耳畸形呈負相關。

2017年Pedersena等［24］報道了在丹麥進行了一項基于丹麥國家出生隊列兒童的研究，采用AirGIS擴散模型評估孕婦孕早期NO2暴露水平，在調(diào)整了父母年齡等混雜因素后，logistic回歸和廣義估計方程（GEE）模型分析發(fā)現(xiàn)NO2與耳、面部和頸部先天性畸形的OR增加有關（每增加10 g·m-3，OR=1.22，95%CI：0.98～1.52），但可信區(qū)間包括零，這和Rankin等［19］在英國北部進行的唯一一項病例對照研究中評估黑煙（BS）和二氧化硫（SO2）暴露以及Vinikoor-Imler等［20］在美國北卡羅納州進行的一項隊列研究評估PM2.5和O3暴露結果相似。

最近一篇有關耳畸形的文獻是來自董爽等［25］針對遼寧省大氣污染與出生缺陷相關性分析的描述性研究，結果顯示，遼寧省2006—2015年缺陷發(fā)生率為183.67/萬，外耳畸形發(fā)生率為6.09/萬，比2011—2014年北京市東城區(qū)小耳和無耳的總發(fā)生率（6.44/萬）［26］略低，比芬蘭（4.34/萬）［27］、美國夏威夷（3.79/萬）［28］、意大利（1.46/萬）［29］都要高，缺陷順位前五位分別為先天性心臟病、唇腭裂、多指（趾）、腦積水、外耳畸形。將污染物濃度以均值±標準差表示，采用Spearmen相關分析各污染物濃度與出生缺陷相關性后發(fā)現(xiàn)，SO2（孕前1月、孕4月，分別r=0.857、0.786）與外耳畸形的發(fā)生具有相關性（均P＜0.05）。盡管如此，根據(jù)胚胎學基礎，耳廓是在胚胎第6周即初具外形，母親孕4月處于嚴重的污染中是否會對耳廓后續(xù)發(fā)育產(chǎn)生影響，所以本結論的正確性有待進一步研究。

妊娠期是非常敏感的時期，這種敏感是對包括空氣污染物在內(nèi)的外界有毒有害等物質(zhì)。先天畸形主要發(fā)生在孕早期3～8 周的器官形成期，所以精準的暴露窗口期在引起畸形的類型方面至關重要，如耳部發(fā)育窗口期一般為5～8 周。需要注意的是以上5 項流行病學研究的暴露窗口期并不一致，分別是孕前3 個月、孕前1月、孕早期、孕后前2 個月、孕3～8 周和孕4月不等。在這些暴露與結局呈正相關的關鍵期中，大部分時期相比之下較為寬泛，可能是空氣污染物對先天性小耳畸形的影響存在累積效應。且空氣污染物潛在的暴露關鍵期還與空氣污染物的類型有關，如Padula等［21］在加利福尼亞州的圣華金河谷進行的病例對照研究中孕后前2 個月暴露于較高濃度NO2與小耳/無耳畸形呈正相關，而與CO呈負相關?？諝馕廴九c耳畸形關系的主要研究項目內(nèi)容見表1。

表1 空氣污染與耳畸形關系的研究Table 1 Studies on relationship between air pollution and ear anomalies

2.2 動物實驗研究結果

有限的幾項動物實驗研究結果似乎也證實了小耳/無耳畸形與空氣污染之間的關聯(lián)，包括：①2017年Calderón-Garcidue?as 等［30］報道的動物實驗研究表明健康幼犬暴露于超標的細顆粒物（PM2.5）和臭氧與其聽性腦干畸形和異常聽性腦干誘發(fā)電位有關，需要注意的是，早在2011年他們報道的在墨西哥城進行的一項研究已經(jīng)表明暴露于嚴重的空氣污染和聽覺通路的神經(jīng)功能障礙之間存在關聯(lián)［31］，那時他們的動物實驗研究正在進行。②斑馬魚在形態(tài)上與人內(nèi)耳系統(tǒng)中的毛細胞相似，因而斑馬魚被廣泛用于評估耳毒性。最新的一項研究是2019年Rhee 等［32］利用斑馬魚模型評估PM2.5暴露對毛細胞的損傷和發(fā)育毒性情況。他們在PM2.5暴露后觀察到顯著的毛細胞損傷，同時在較長時間暴露后這種損傷存在劑量依賴性并且更為嚴重。③Yadav 等［33］進行小鼠體內(nèi)實驗結果顯示，當顆粒物存在時，小鼠鼻咽部的肺炎球菌定植數(shù)量增加，并擴散到肺部和中耳，引起肺和中耳部位發(fā)生病理改變。

3 病因機制研究現(xiàn)況

多數(shù)學者認為由遺傳因素引起的出生缺陷占20%～30%，而由環(huán)境因素引起的占5%～10%左右，其余多為遺傳因素和環(huán)境因素共同作用的結果［14］。先天性小耳畸形作為先天畸形亞型中的一種，其發(fā)病原因與機制尚未完全清楚，但與先天畸形一樣更多被認為其患病是遺傳與環(huán)境因素共同作用的結果，而不是單一因素導致。自1978年Guizar-Vázquez 等［34］首次報道母子二人同患單側(cè)小耳畸形伴耳道閉鎖系常染色體顯性遺傳以來，由遺傳所造成的先天性小耳畸形及其相關畸形被相繼發(fā)現(xiàn)。例如，單卵雙胞胎與異卵雙胞胎先天性小耳畸形的一致性不同，分別為38.5%和4.5%［35］；家族聚集性先天性小耳畸形的發(fā)生率為2.9%～33.3%［36］；鼠動物模型表明，特定基因的突變會導致小耳畸形［8］。來自近期流行病學綜述表明，母親孕期暴露于工業(yè)生產(chǎn)場所、礦山、垃圾填埋場和焚燒爐等場所［37］以及母親文化程度低、室內(nèi)裝修暴露、被動吸煙頻率高和父親職業(yè)環(huán)境中重金屬暴露等［10］，都可能造成先天性畸形。此外，學者們較一致地認為，出生低體重、母體高產(chǎn)次、母親急性疾病、母體胰島素依賴型糖尿病和母體用藥、多胎、高生育年齡、教育程度低等是耳畸形的高危因素［29，38］。目前，關于空氣污染導致先天性小耳畸形患病機制的研究甚少。主要為：耳廓是由胚胎期5～8 周第一、二鰓弓發(fā)育而來［39］，故被普遍認為是先天性小耳畸形病理發(fā)生的共同作用位點，包括空氣污染在內(nèi)的各種危險因素背后的影響機理，可能都是通過顱神經(jīng)嵴細胞的遷移異常導致該先天性畸形發(fā)生［40］。候選基因和表觀基因組關聯(lián)研究提供的證據(jù)進一步表明，孕期暴露在空氣污染物中可以導致新生兒臍帶血和胎盤中甲基化的位點特異性變化，特別是涉及細胞對氧化應激、線粒體功能、炎癥、生長和早期生命發(fā)育的反應的基因［41］。Sox4 基因是胚胎發(fā)育過程中神經(jīng)嵴細胞分化和發(fā)育的重要調(diào)控基因［42］。因此，空氣污染可能導致Sox4基因甲基化異常進而影響神經(jīng)嵴細胞分化和發(fā)育甚至遷移異常，最終導致耳等多器官畸形的發(fā)生。

4 總結和展望

綜合以上流行病學研究結果，在納入的2 篇隊列研究、2 篇病例對照研究結果顯示孕期暴露于BS、SO2、PM2.5、O3和NO2與耳畸形呈正相關，但大部分研究結果沒有統(tǒng)計學意義，甚至有一篇病例對照研究還得出了CO 與小耳/無耳畸形呈顯著性負相關的結論。描述性研究結果提示SO2與外耳畸形的發(fā)生具有相關性。盡管遺傳學、表觀遺傳學、胚胎學和動物實驗學等學科提供的證據(jù)似乎可以確定孕婦孕期暴露在空氣污染環(huán)境中能夠?qū)е孪忍煨孕《蔚陌l(fā)生，但流行病學研究方面的證據(jù)仍然有限且存在爭議。因此，在下一步工作中，我們不僅要提供更多的流行病學研究證據(jù)印證我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的這些關聯(lián)，更要探索致畸敏感期間（3～8 周）空氣污染與先天性小耳畸形之間的關聯(lián)。與此同時，更嚴密的設計、更大的樣本量、更準確的暴露評估和混雜因素的調(diào)整等是研究結果準確性的重要保證。