文章标题：Prenatal exposure to multiple insecticides and reduced birth weight: a possible mediating role of plasma metabolomic alterations
发表期刊：Environmental Pollution
影响因子：7.3
客户单位：南京市妇幼保健院
百趣提供服务：新一代代谢组学NGM 2 Pro
研究背景
有机磷类(Organophosphates, OPPs)、拟除虫菊酯类(Pyrethroids, PYRs)和新烟碱类(Neonicotinoids, NNIs)作为全球广泛使用的三类主要杀虫剂，因其潜在的发育毒性而备受关注，尤其是在极易受环境污染物影响的胎儿阶段。现有流行病学证据显示，孕期接触这些杀虫剂可能与不良出生结局（如出生体重降低、身长缩短和头围减小）存在关联，但既往研究多聚焦于单一类别的杀虫剂，对现实环境中多种杀虫剂混合暴露的复合效应及其内在生物学机制了解甚少。
随着高通量检测技术的发展，代谢组学为解析环境污染物与不良出生结局的关联机制提供了有效手段，已有研究证实杀虫剂暴露会扰乱母体多种代谢过程，但关于代谢组改变是否在杀虫剂暴露与胎儿生长受限之间起中介作用，目前仍缺乏深入探讨。
在此背景下，本研究纳入中国江苏省442对母婴作为前瞻性出生队列，将暴露组学与代谢组学相结合，识别出与杀虫剂暴露和出生体重均相关的代谢物变化，并通过通路富集分析和因果中介分析，系统探究这三类主要杀虫剂混合暴露与胎儿生长的关联，从而揭示潜在的代谢介导机制，这对保护母婴健康、制定针对性防护策略具有重要意义。
研究结果
01.研究对象基本特征
本研究共纳入442对母婴（表1），主要特征如下：
（1）人口学特征：母亲平均年龄约30.3岁，近九成(87.3%)为初产妇，男婴占比53.8%。绝大多数(89.8%)居住于城市；
（2）健康状况：孕前8.8%的母亲体重过轻、27.1%超重/肥胖；孕期吸烟、饮酒率均低于2%；超三成孕妇合并妊娠期糖尿病、妊娠期高血压等妊娠并发症；
（3）胎儿生长参数：胎儿估计体重(Estimated Fetal Weight, EFW)随孕周增加而增长（22-24周：682.98±85.47 g；30-32周：1729.74±334.28 g；34-36周：2646.74±395.94 g）；新生儿平均出生体重为3.36±0.37 kg，身长为50.00±0.87 cm。
表1.研究参与者的基线特征(n=442)
02.母体血清样本中杀虫剂水平的分布
如表2所示，8种杀虫剂及其代谢物的检出率在64.71%(TCPy)到99.55%(DM-ACE)之间；中位浓度以PNP最高(0.59 ng/mL)，TCPy次之(0.29 ng/mL)，其余化合物中位浓度较低(≤0.10 ng/mL)；化合物间存在显著相关性：CLO与THM、CLO与DM-CLO呈强正相关，3-PBA、IMI、DM-ACE之间及与THM为中度正相关，PNP、TCPy与3-PBA呈弱相关性。
表2. 442名合格受试者血清多种杀虫剂及其代谢物的分布(ng/ml)
03.单一杀虫剂暴露与胎儿生长参数之间的关联
借助多因素线性回归模型，单一杀虫剂暴露对胎儿生长的影响被深入解析（表3），主要围绕胎儿出生体重、胎儿生长轨迹两个方面展开分析。
对于胎儿出生体重，研究发现两个杀虫剂代谢物（TCPy和DM-CLO）与出生体重呈显著负相关，存在显著的剂量-反应关系。其中，TCPy的负面影响在高龄（≥30岁）、孕前超重/肥胖及怀男胎的母亲中更明显，DM-CLO的影响则在高龄及孕前正常体重/低体重女性中更为突出，但未发现显著的相乘交互作用。此外，经不同模型调整、排除极端出生体重婴儿及剔除特定协变量后，以上研究结果均保持稳健。
胎儿生长轨迹方面，重点观察到TCPy暴露会影响孕晚期（34-36周）的胎儿生长，导致该阶段胎儿估计体重(EFW)显著降低，且同样存在剂量-反应趋势；而对于孕早期（22-24周）和孕中期（30-32周）的EFW，以及新生儿出生身长，研究均未发现其与杀虫剂暴露存在显著关联。
表3.采用广义线性回归分析的母体血清杀虫剂浓度与新生儿出生体重的关联
04.杀虫剂混合暴露与出生体重的关联
结合BKMR、WQS、分位数G计算三种互补的统计模型，研究系统评估了杀虫剂混合暴露对出生体重的联合影响，且三种模型结论高度一致。结果显示，TCPy、DM-CLO是杀虫剂混合暴露的核心贡献因子（图1A, 2A），二者均与出生体重呈线性负相关（图1B），混合暴露指数与出生体重呈显著负相关（图2B）；同时二者与多数化合物存在交互作用，其中TCPy的负面影响还会随着其他杀虫剂暴露水平的升高而增强（图1C）。此外，杀虫剂混合暴露对出生体重呈显著的剂量依赖性负向效应（图1D），WQS模型量化结果显示，混合暴露会使新生儿出生体重降低 122.15g(95%CI：-187.83~-56.47)。
图1.基于BKMR模型的杀虫剂混合暴露与新生儿出生体重的关联
图2.基于WQS模型的杀虫剂混合暴露与新生儿出生体重的关联
05.介导杀虫剂暴露与出生体重关联的母亲血浆代谢组变化分析
为筛选与杀虫剂暴露及出生体重相关的关键代谢物，并探究其对应的代谢组变化，研究采用非靶标血浆代谢组学技术，共鉴定出495种代谢物。经多变量校正后，总计44种代谢物与出生体重显著相关，70种代谢物与杀虫剂混合暴露显著相关，其中14种为二者均关联的 “重叠代谢物”。经KEGG通路富集分析显示，这些 “重叠代谢物” 显著富集于缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸生物合成通路，这与前人研究一致，再次验证了代谢紊乱是杀虫剂暴露致不良出生结局的重要中间环节。
另外，结合中介分析，介导杀虫剂暴露与出生体重关联的代谢物被进一步量化（表4）。结果表明，α-酮异己酸(Ketoleucine)和3-甲基-2-氧代戊酸(3-Methyl-2-oxovaleric acid)可显著介导二者间的关联，中介效应占比分别为9.86%和6.78%。从生物学角度解释，这两种代谢物是支链氨基酸(BCAA)代谢的核心中间体，参与胎儿营养信号传导（mTOR通路）、能量代谢，杀虫剂暴露抑制其合成，这可能直接减少胎儿的营养与能量供给，最终导致胎儿生长受限。
表4.杀虫剂混合暴露与出生体重关联的代谢组标志物配对中介分析
研究总结
本研究通过对442对母婴的前瞻性队列分析，系统探讨了孕早期母体血清中三类主要杀虫剂（有机磷、拟除虫菊酯、新烟碱）暴露与胎儿生长参数的关联，并首次结合非靶标代谢组学与因果中介分析揭示了潜在的血浆代谢中介机制。结果显示，单一杀虫剂代谢物(TCPy、DM-CLO)及杀虫剂混合物暴露均与新生儿出生体重显著降低相关，其中TCPy和DM-CLO是混合物效应的主要贡献者。非靶标代谢组学鉴定出495种代谢物，其中14种同时与杀虫剂混合物暴露和出生体重相关，且显著富集于支链氨基酸生物合成通路。因果中介分析进一步表明，Ketoleucine和3-Methyl-2-oxovaleric acid分别部分介导了9.86%和6.78%的杀虫剂混合物暴露相关出生体重降低效应。总的来说，本研究为产前杀虫剂暴露损害胎儿生长提供了新的代谢机制见解，并揭示支链氨基酸代谢紊乱可能在其中发挥关键的中介作用。
