第一作者:Yang Shen and Hongping Zhang
通讯作者:Yuan He, Jing Cai, Haidong Kan, and Xu Ma
通讯单位:国家计划生育研究院国家人类遗传资源中心
期刊: Environmental Science＆Technology
DOl: https://10.1021/acs.est.3c04999
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文章亮点
· 首次探讨了孕前或孕期多个暴露窗口期臭氧暴露浓度（Ozone）与双胞胎内出生体重差异及双胞胎生长不一致之间的关系；
· 使用了一种复杂的建模方法，以高时空分辨率评估臭氧暴露浓度，从而实现更好的空间覆盖，并将以前由于臭氧测量数据可用性有限而被排除在外的地区包括在内。
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研究背景
最近，世界卫生组织（World Health Organization，WHO）根据其对总死亡率和呼吸道死亡率的长期影响的新证据，发布了新的长期接触臭氧的空气质量指南水平。然而，关于臭氧暴露对生殖和妊娠结局的影响相关研究仍有限，且由于孕妇和胎儿更容易受到环境因素的影响，这可能导致低估了由臭氧暴露带来的疾病负担。先前的毒理学证据表明，孕妇暴露于臭氧中会减少子宫动脉流动或破坏胎盘的生物能量，从而损害胎儿的生长发育。多项流行病学研究证据表明，产前臭氧暴露与低出生体重之间存在关联，但这些研究只关注单胎新生儿，缺乏双胞胎新生儿的出生生长发育证据。双胎妊娠比单胎妊娠有更大的并发症风险（如先兆子痫、胎儿生长受限和早产）、围产期死亡率等。因此，关注双胎妊娠具有重要的临床和公共卫生意义。
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研究方法
本研究以NFPHEP项目中（2010年1月至2019年12月）的孕妇及其分娩的双胎胎儿为研究对象，共有35795对双胞胎被纳入本研究。本研究由中国北京国家计划生育研究所机构审查委员会批准。所有参与者在入组时都提供了书面知情同意书。
研究使用预测模型在1km × 1km空间分辨率下评估了中国大陆住宅地址的地面最大日平均臭氧暴露浓度。研究通过整合各种数据源开发了随机森林模型，包括从固定站点获得的地面臭氧测量值，由社区多尺度空气质量建模系统生成的臭氧模拟，气象参数以及人口密度，道路网络和海拔的数据。实测臭氧日浓度与预测臭氧日浓度的交叉验证R2为 0.80，均方根误差为20.93 μg/m3，表明该模型预测臭氧日均浓度具有较高的准确性。研究还计算了每个研究对象在六个暴露窗口的最大日平均臭氧浓度，包括孕前12个月、孕前6个月、孕早期（第1～13周）、孕中期（第14～26周）、孕晚期（孕27周至分娩）和整个早期（从受孕到分娩）。为了调整其他空气污染物的潜在混杂，研究使用综合地球科学-统计方法在1km空间分辨率下评估了细颗粒物（PM2.5），还使用包含多个预测因子的随机森林模型预测了1km空间分辨率下的每日二氧化氮（NO2）浓度。PM2.5和NO2的臭氧暴露窗口相同。
本研究将结局变量定义为双胞胎出生体重、双胞胎内出生体重差和双胞胎生长不一致。双胞胎内出生体重差的计算是用较大胎儿的出生体重减去较小胎儿的出生体重。双胞胎生长不一致被定义为双胞胎出生体重不一致至少20%，计算公式为（较大胎儿出生体重-较小胎儿出生体重）/较大胎儿出生体重×100%。
研究采用线性混合模型(linear mixed-effect models)来评估每个窗口期臭氧暴露浓度与双胞胎出生体重（较小胎儿与较大胎儿）、双胞胎内出生体重差的关系。另外，研究使用随机效应逻辑回归模型来估计臭氧暴露浓度与双胞胎生长不一致风险之间的关联。并且，研究通过将PM2.5和NO2分别引入臭氧模型来拟合双污染物模型，以检验与其他空气污染物共同暴露可能造成的混杂。
为了探索潜在的影响因素，研究根据双胎新生儿性别（男-男/女-女）、早产（是/否）、产妇年龄（≤35/ >35岁）、胎次（初产/经产）、文化程度（初中以下/高中以上）和叶酸补充（定期或不定期/未使用）进行了分层分析。鉴于异性别双胞胎中的男性胎儿通常比女性胎儿生长得快，这增加了异性双胞胎与同性双胞胎之间生长不一致的可能性，因此研究将异性双胞胎排除在性别分层分析之外，以尽量减少男女双胞胎的混杂效应。
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研究结果
研究对象的总体特征见表1。孕妇的年龄为28.0岁，孕前BMI为21.7 kg/m2。超过28%的双胞胎是异性别双胞胎。此外，51%的女性未生育，42%的女性受过高中及以上教育，61%的女性在孕期未定期或未服用叶酸补充剂。双胞胎生长不一致的的双胞胎早产发生率（44.9%）高于双胞胎生长一致（29.9%），表明识别和预防双胞胎生长不一致可能会降低早产的风险。
表2 双胞胎出生总体重(g)与臭氧暴露浓度IQR变化的关系
如表2所示，双胞胎的总出生体重与孕妇臭氧暴露呈负相关。在校正模型中，研究观察到：在孕前12个月，臭氧浓度每增加10 μg/m3的IQR，双胞胎的总出生体重减少32.36 g (95% CI: 18.92, 45.80)；在孕前6个月，臭氧浓度每增加18 μg/m3的IQR，双胞胎的总出生体重减少33.10 g（95% CI:17.64, 48.56）。
臭氧暴露浓度与双胎妊娠中较大和较小胎儿的出生体重之间的关系见表3。与较大胎儿（- 9.88 g, 95% CI: - 18.84, - 0.92）相比，整个孕期暴露于臭氧对较小胎儿（- 18.28 g, 95% CI: - 27.22, - 9.34）出生体重的影响更为显著。
图1 双胞胎生长不一致与臭氧暴露浓度IQR变化的关系
如表4所示，在未校正模型中，孕期臭氧暴露浓度每增加15 μg/m3的IQR，双胎出生体重差就会显著增加3.68 g（95% CI: 0.84, 6.52）。而在校正模型中，双胎出生体重差增加到8.41 g（95% CI: 4.13, 12.69）。图1显示了随着各窗口期臭氧暴露浓度IQR浓度的增加，双胞胎生长不一致的ORs（比值比）和95%置信区间。图1结果显示：孕前6个月和整个孕期的臭氧暴露浓度分别每增加18 μg/m3和15 μg/m3的IQR，可分别引起双胞胎生长不一致风险增加9%（OR =1.09, 95% CI:1.02, 1.17）和9%（OR =1.09, 95% CI:1.01, 1.18）。敏感性分析表明，在排除了孕期吸烟或饮酒的研究对象（图5和表S5）或调整了模型中的分娩方式（表S6）后，观察到的整个孕期臭氧暴露与双胞胎生长不一致之间的关联几乎没有变化。在对PM2.5和NO2进行额外调整后，研究发现整个孕期臭氧暴露与双胞胎对内出生体重差异之间的关联变化不大（表S7）。然而，在调整PM2.5后，双胞胎生长不一致风险的效应估计值变小了。表S5-S7详见https://10.1021/acs.est.3c04999。
表5 每个亚组中双胞胎中对内出生体重差 (g）与整个孕期臭氧暴露浓度IQR变化的关系
分层分析结果显示：与女性-女性双胞胎（2.80 g, 95% CI: - 4.05, 9.65）相比，孕期臭氧暴露所引起的男性-男性双胞胎（8.19 g, 95% CI: 1.32, 15.07）内出生体重差异的增加幅度略大，但差异无统计学意义（p =0.28）（表5）。与足月双胞胎新生儿（4.47 g, 95% CI: 1.32, 15.07）相比，臭氧暴露对早产双胞胎（15.83 g, 95% CI: 8.31, 23.35）出生体重差异的影响显著更大（p =0.01）（表5）。与受教育程度较低的孕妇相比，臭氧对受教育程度较高的孕妇（11.13 g, 95% CI:4.61, 17.65）的双胞胎出生体重差异变化的影响相对较强，但差异无统计学意义（p =0.27）。并且，研究在产妇年龄、胎次或叶酸补充方面没有观察到显著的组间差异。
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研究总结
本研究结果表明：产前臭氧暴露与双胞胎出生体重降低、双胞胎出生体重差异增大以及双胞胎生长不一致的风险增加有关。此外，与较大胎儿相比，孕期臭氧暴露可能对较小胎儿有更明显的影响。这些强有力的关联在整个孕期中均观察到，但在孕前暴露于臭氧中却没有观察到这种关联，且孕晚期可能是关键的臭氧敏感窗口期。本研究还提供了初步证据：孕期臭氧暴露对男性-男性双胞胎、早产双胞胎和母亲受教育程度较高的双胞胎的生长发育的影响更为突出。需要更多的研究来证实我们的发现，并阐明所观察到的关联的潜在生物学机制。
