父母需警惕！产前父母接触这几类金属可能会导致子代出生缺陷！

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（1）提供了目前相对广泛的调查，提示了产前父母各自暴露和共同暴露于重金属会增加子代出生缺陷的风险；

（2）提供了目前第一个流行病学证据，将妊娠早期母亲的钒(V)和锑(Sb)暴露与子代出生缺陷联系起来；

（3）揭示了父亲金属暴露对子代出生缺陷的影响比母亲产前暴露更显著，以及父母金属混合暴露中父亲成分的实质性贡献。

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 妇女的生殖、孕产妇、新生儿、儿童和青少年的健康是下一代健康发展的基石。出生缺陷，也称为先天性异常，是这一领域的首要问题，影响全球约3-6%的婴儿健康。2011年，中国的出生缺陷率约为5.6%，且多年来一直居高不下。除遗传原因外，环境暴露被认为是出生缺陷的关键决定因素。金属和准金属（以下统称为“金属”）随着工业化和城市化的快速发展而无处不在，并且中国是全球最大的金属生产国和消费国之一。人类通常会接触空气、水、食物、土壤和家用材料中的金属，这引起人们对产前金属暴露对子代出生缺陷所产生的影响的关注。母亲金属暴露对儿童出生缺陷的影响已被广泛研究。一些众所周知的发育毒物，包括砷(As)、镉(Cd)、汞(Hg)和铅(Pb)，已被证明与某些出生缺陷有关。此外，部分研究表明，某些出生缺陷与母亲在怀孕期间暴露于其他金属有关，包括铬(Cr)、锰(Mn)、镍(Ni)、铜(Cu)和钡(Ba)。钴(Co)和硒(Se)等几种基本元素在高浓度下也可能具有毒性作用。然而，这些研究所得出的结果不一致，可能是由于研究人群、缺陷亚型和暴露范围的异质性所导致的。

虽然父系介导的发育毒性的概念已被提出，但关于父系暴露于金属对子代出生缺陷发展的潜在影响知之甚少。动物研究表明，父系在配偶孕前接触某些金属（如Cu），可能会增加子代出生缺陷的风险。在人类研究中，只有一项病例对照研究调查了一般人群中父亲和母亲的金属暴露与脊柱裂风险的关系。这种环境暴露经常同时发生，并且由于共同居住、饮食习惯和生活方式的选择，通常在家庭内相互关联。

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（1）调查产前父亲暴露、母亲暴露和父母共同暴露于25种金属与活产单胎婴儿总体出生缺陷风险的相关性；

（2）确定父母暴露于金属混合物对婴儿总体出生缺陷和特定缺陷亚型风险的联合影响，以及每种混合物组分与结局相关性的相对重要性。

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本研究以JBC研究人群为基础，JBC研究是中国江苏省的一项以家庭为基础的前瞻性纵向队列研究。从南京医科大学（南京）妇幼医院和南京医科大学（苏州）苏州附属医院招募了自然妊娠的夫妇。按照纳入排除标准，共有1675对父母-儿童被纳入分析。

采用电感耦合等离子体质谱法测量了父母双方孕早期尿液中25种金属的浓度，包括钛(Ti)、钒(V)、铬(Cr)、锰(Mn)、钴(Co)、镍(Ni)、铜(Cu)、锌(Zn)、砷(As)、硒(Se)、铷(Rb)、锶(Sr)、钼(Mo)、镉(Cd)、锡(Sn)、锑(Sb)、铯(Cs)、钡(Ba)、镧(La)、铈(Ce)、铼(Re)、汞(Hg)、铊(Tl)、铅(Pb)和铀(U)。这些金属的检出限(LOD)值列在附件表S1中。超过95%的尿样中每种金属的浓度都高于LOD值。

测量尿液比重(SG)以调整尿液稀释度。公式为：Pc=P [(SGm−1)/(SG−1)]，其中Pc为SG校正后的浓度，P为未校正浓度，SGm为SG的中位浓度。

根据ICD-10编码，这些诊断分为11个亚型，包括神经系统缺陷、眼、耳、脸和颈部缺陷、循环系统缺陷、呼吸系统缺陷、唇裂和腭裂缺陷、消化系统缺陷、生殖器官缺陷、泌尿系统缺陷、肌肉骨骼系统缺陷、染色体异常和其他出生缺陷。本研究据病情的严重程度分为严重缺陷和轻微缺陷。

包括父亲或母亲的年龄、受教育程度、孕前体重指数（BMI）、父母吸烟情况（怀孕前或怀孕期间）、家庭收入、居住地区和胎次，以及母亲叶酸或多种维生素补充剂使用情况（仅用于估计母亲的影响）。

分析前，SG校正的尿金属浓度通过自然对数(Ln)进行转换。计算了亲本金属浓度以及个体金属浓度的Pearson相关系数。为了确定亲本金属暴露是否与子代出生缺陷存在可能的非线性关系，使用限制性立方样条模型，在第25%、50%（设置为参考水平）和75%分位数水平的Ln转化浓度处有三个结点。如果不存在显著的非线性关系，则使用修正后的泊松回归，计算95%置信区间(CI)的风险比(RR)来估计亲本浓度。本研究拟合了3个贝叶斯核机器回归(BKMR)模型来检验父亲、母亲和父母的混合金属暴露对出生缺陷风险的共同影响。后验包含概率(PIPs)用于计算亲本混合暴露中各个成分对预测结果的相对重要性。事后还根据系统分类和出生缺陷的严重程度进行了亚组分析。

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本研究没有观察到父亲和母亲尿液中的金属浓度与出生缺陷的风险有显著的非线性关系(非线性P≥0.05；详情见附件表S4和S5)， 除了父亲尿液中的Zn(非线性P=0.021)与母亲尿液中的Co(非线性P=0.004)和Sn(非线性P=0.002)。父亲的Ti、V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu和Se暴露与子代总体出生缺陷的风险增加显著相关，调整后的RRs分别为：Ti为1.43 (95%CI 1.01−2.03)，V为1.41 (1.01−1.96)，Cr为1.40 (1.18−1.66)，Mn为1.21 (1.02−1.44)，Co为1.39 (1.16−1.66)，Ni为1.42 (1.17−1.72)，Cu为1.69 (1.27−2.25)和Se为1.9(1.28−2.84)。此外，母亲尿液中的V、Cr、Ni、Cu和Se的暴露也与出生缺陷呈正相关，其影响幅度与父亲暴露相似或略小[ V(1.44,1.06−1.95); Cr (1.42,1.20−1.68); Ni (1.28,1.05−1.57); Cu(1.48,1.10−1.99);Se(1.70,1.15−2.52)]（表1）。母亲尿液中的Sb暴露使出生缺陷风险增加25%(1.25,1.02,1.54)。父母尿液中V、Cr、Ni、Cu和Se浓度的相关性为0或很弱(r:0-0.20；附件表S4)。

(a)根据父亲年龄、受教育程度、BMI、父母吸烟情况、家庭收入、居住地区和胎次调整后的结果分析。(b)根据模型2中描述的潜在混杂因素以及相应的母亲Ln转化后的金属浓度调整后的结果分析。(c)根据母亲年龄、受教育程度、BMI、叶酸或多种维生素补充剂使用情况、父母吸烟情况、家庭收入、居住地区和胎次调整后的结果分析。(d)根据模型5中描述的潜在混杂因素以及相应的父亲Ln转化后的金属浓度调整后的结果分析。

图1 父母高暴露于各个金属（V, Cr, Ni, Cu, Se）对后代出生缺陷风险的共同影响 

根据父母年龄、受教育程度、BMI、吸烟情况、母亲叶酸或多种维生素补充剂的使用情况、家庭收入、居住地区和胎次进行调整。

对父母中每个特定金属浓度进行了调整，持续效应大小表明了父亲和母亲来源的独立影响，父亲V暴露的统计意义不显著(P=0.095)（表1）。与父母双方均暴露于低浓度的Cr相比，父母双方均高暴露（父母亲暴露均≥中位数水平）的子代中，观察到最强的相关性，出生缺陷的风险显著增加(校正后RR=3.98,95%CI 2.26-7.00)(图1)。父母共同暴露于高浓度的Ni (2.34,1.37-4.00)、Cu (1.94,1.16-3.24)和Se (1.78,1.10-2.88；图1)与出生缺陷风险的关联也显著增加。在父母共同暴露于Cr、Ni、Cu和Se中没有观察到显著的交互作用。

图2 通过贝叶斯核机器回归（BKMR）研究父母各自和共同接触金属混合物对后代出生缺陷风险的影响

(A) 将所有金属设置为特定分位数时，父亲(Ti,V, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, Se)与母亲(V, Cr, Ni, Cu, Se, Sb)暴露于金属混合物中的独立和联合效应（调整RR和95%CI）。(B)使用后验包含概率(PIP)确定父母接触金属的各个成分对子代出生缺陷预测的相对重要性。根据年龄、受教育程度、BMI、父母吸烟情况、家庭收入、居住地区和胎次对父亲暴露分析进行调整。根据年龄、受教育程度、BMI、叶酸或多种维生素补充剂的使用情况、父母吸烟情况、家庭收入、居住地区和胎次进行了对产妇暴露分析进行调整。根据父母年龄、受教育程度、BMI、父母吸烟情况、母亲叶酸或多种维生素补充剂的使用情况、家庭收入、居住地区和胎次等因素对父母暴露分析进行了调整。

本研究进一步拟合了BKMR模型，评估父亲体内金属混合物(Ti、V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Se)、母亲体内金属混合物(V、Cr、Ni、Cu、Se、Sb)以及父母金属混合物（父亲和母亲暴露于上述金属）对出生缺陷的联合影响（图2A）。随着金属混合物含量的增加，子代出生缺陷的危险随之增加。与母亲相比，父亲暴露于金属混合物的联合效应估计值（调整后的RR）在每一个十分位数处都较高，并且父母混合物的效应估计值最明显。父亲和母亲的Cr暴露的相对重要性排名均为最高(PIP=0.92和0.90)，其次是父亲的Cu和Se(PIP=0.76和0.71；图2B)。

图3 通过贝叶斯核机器回归（BKMR）研究父母暴露于金属混合物对子代出生缺陷亚型风险的联合影响

Y轴显示了将所有金属设定为x轴上指定的分位数时与将所有金属设定为50th百分位数时相比的调整后RR和95%CI。对父母年龄、受教育程度、BMI、吸烟情况、母亲叶酸或多种维生素补充剂的使用情况、家庭收入、居住地区和胎次进行了调整。(A)眼、耳、脸、颈缺损。(B)循环系统缺陷。(C)生殖器官缺陷。(D)泌尿系统缺陷。(E)肌肉骨骼系统缺陷。(F)其他（神经系统缺陷、呼吸系统缺陷、唇腭裂缺陷、消化系统缺陷、染色体异常和其他出生缺陷）。

随着母亲体内金属混合物暴露的增加，我们观察到眼、耳、脸、颈和循环系统相关缺陷的风险显著增加（图3）。金属混合物的所有单独成分都表现出与眼、耳、脸和颈部缺陷相关的重要性(PIP>0.50)。关于与循环系统缺陷的关联，仅母亲的Cr和Se暴露以及父亲的Se和Co暴露表现出显著的重要性(PIP>0.50；附件图S7)。BKMR与PIP显示出母亲的Cr暴露与严重缺陷的相关性(PIP=0.64)最强，同时揭示了父亲的Se和Cr暴露与轻微缺陷的相关性最强(PIP=0.95和0.88；附件图S8)。

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本研究发现父亲接触Ti、V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu和Se与其子女出生缺陷风险增加显著相关。观察到母亲的V、Cr、Ni、Cu、Se和Sb暴露和子代出生缺陷之间的关联，但影响效应一般小于父亲的暴露。父母共同暴露于高浓度的Cr、Ni、Cu和Se与子代出生缺陷的风险增加显著相关。在各个组成部分中，父母Cr暴露相对重要性排名最前，即其影响最大。母亲金属混合暴露对特定缺陷亚型还存在联合作用，包括眼、耳、脸和颈部缺陷以及循环系统缺陷。

本研究的局限性包括父亲的尿液样本是在配偶怀孕早期而不是怀孕前收集的；现场尿样中金属浓度的测量可能导致暴露分类错误；在有出生缺陷儿童和没有出生缺陷儿童之间没有系统性差异；缺乏有关金属暴露来源的信息，包括饮食摄入、饮用水和室内/室外空气；出生缺陷病例的数量不多，无法研究出生缺陷的不太常见的亚型；分析仅限于有出生缺陷的活产婴儿，可能导致低估暴露与出生缺陷之间的关联。

本研究结果强调了父系生活环境因素的暴露对子代影响的重要性，并提出了一种以夫妇共同预防为基础的金属暴露预防策略来减少子代出生缺陷，而不仅仅是单方面关注孕妇。