《Environmental Pollution》：Childhood dyslexia risk elevated by heavy metal mixtures from e-waste: A machine learning–driven mixture modeling study
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本研究在广东汕头桂宇电子废物回收区，通过两阶段研究（筛查2520名儿童，病例对照分析）结合机器学习模型和生物信息学，发现混合重金属暴露（尤其是Cr、Ni、Pb）显著增加儿童阅读障碍风险，剂量反应关系明确，Zn具有拮抗作用，机制涉及神经炎症、氧化应激和表观遗传改变，为环境整治和健康干预提供依据。
余新乐|张宣志|文万毅|林晓琦|夏宣子|王定辉|吴坤生|黄彦红
中国广东省汕头市汕头大学心理健康中心
摘要
来自非正式电子废物回收过程的环境重金属混合物可能是神经毒素，但它们与发育性阅读障碍之间的关联尚不清楚。本研究旨在调查在电子废物回收环境中接触这些重金属混合物是否与阅读障碍风险相关，识别主要致病金属及其相互作用，并探讨潜在的生物学机制。这项在中国贵屿（全球主要的电子废物回收地区）进行的两阶段研究首先对2,520名小学生进行了阅读障碍的初步筛查，随后进行了病例对照分析，包括66例阅读障碍患者和132名对照组。使用电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）测定了11种尿液中的金属含量。我们应用了结合SHapley Additive exPlanations（SHAP）的XGBoost模型来识别重要的社会人口统计学、行为和环境协变量。这些协变量为后续的混合模型分析提供了依据：自适应弹性网络（AENET）结合环境风险评分（ERS）、加权分位数和（WQS）回归、分位数g计算（qgcomp）以及贝叶斯核机器回归（BKMR）。所有混合模型均显示，混合金属暴露与阅读障碍风险增加之间存在稳健的、剂量依赖性的关联（最高四分位数与最低四分位数的比值比：ERS = 11.00；WQS = 14.98；qgcomp = 1.56），其中铬（Cr）、镍（Ni）和铅（Pb）是主要因素。BKMR分析进一步证实了Cr、Ni和Pb之间的协同作用，同时锌（Zn）表现出拮抗效应。综合生物信息学分析指出，神经炎症、氧化应激和表观遗传学紊乱是关键机制途径，特别是白细胞介素1β（IL1B）、雌激素受体1（ESR1）、微管相关蛋白Tau（MAPT）和白蛋白（ALB）作为核心分子枢纽。此外，芸香苷被发现可能是减轻金属诱导的神经毒性的潜在候选物质。我们的发现强调了电子废物回收区域附近混合金属暴露对阅读障碍的显著风险，强调了有针对性的环境修复、积极的公共卫生干预和常规阅读障碍筛查的紧迫性。
引言
发育性阅读障碍（DD）是一种多因素引起的特定学习障碍，其特征是持续的、意外的阅读准确性、流畅性和拼写困难（美国精神病学协会，2013年），影响了中国约3.9-9.7%的学龄儿童（Chan等人，2007年；Lin等人，2020年；Sun等人，2013年）。除了对其教育造成的不利影响外，DD还常常导致长期的心理社会问题（Sanfilippo等人，2020年）。虽然遗传倾向起着重要作用（Doust等人，2022年），但越来越多的证据表明环境暴露也可能调节阅读障碍的风险（Xiang等人，2025年）。特别是，生命早期接触神经毒性污染物已成为一个紧迫的公共卫生问题。铅（Pb）、汞（Hg）和镉（Cd）等重金属是已知的神经发育毒素，会损害认知功能（Ouyang等人，2023年）。儿童时期长期接触这些重金属与注意力、记忆和语言缺陷有关（Gu等人，2025年；Thilakaratne等人，2024年）。然而，接触重金属混合物是否导致阅读障碍的病因学机制仍需进一步研究。
居住在从事非正式电子废物回收社区的儿童——例如广东省汕头市的贵屿，该地区被认为是世界上最大的电子废物回收区之一——特别容易受到混合金属污染（Leung等人，2008年）。贵屿的非正式回收活动，包括露天焚烧、酸浸和废弃电子设备的简单拆解，导致当地土壤、水和空气中的金属浓度显著升高（Suciu等人，2013年）。生物监测研究一致显示，该地区儿童的体内神经毒性金属（如Pb、Cd和Cr）负担惊人地高，通常超过国家参考水平数倍（Huang等人，2021年）。由于电子废物活动同时释放多种神经毒素，贵屿的情况代表了传统环境研究中很少涉及的集中式混合金属暴露场景。尽管大量证据表明电子废物衍生的金属暴露与认知能力下降、注意力缺陷/多动障碍（ADHD）发生率增加和其他行为问题有关（Miotto等人，2025年；Parvez等人，2021年；Soetrisno和Delgado-Saborit，2020年），但这些环境暴露与阅读障碍（包括阅读障碍）之间的具体关联仍很少被研究。
直接将金属暴露与阅读障碍联系起来的流行病学证据仍然有限。中国最近的一些病例对照研究开始探讨这一关联。一项研究报告称，尿液中银（Ag）水平较高而硒（Se）水平较低的儿童患阅读障碍的风险是低Ag和高Se儿童的五倍以上（Xue等人，2020年）。我们之前的研究发现，尿液中Pb水平升高与阅读障碍风险增加近七倍相关，而钴（Co）和锌（Zn）等必需金属的高浓度则具有保护作用（Huang等人，2022年）。然而，这些初步发现主要关注单一金属，并依赖于基本的回归模型，也暴露了当前证据基础中的关键缺陷。
具体来说，关于环境金属暴露与阅读障碍之间的关系仍存在几个主要知识空白。首先，缺乏针对高暴露人群的大规模研究。以往将阅读障碍与环境因素联系起来的研究主要集中在一般人群上，忽视了那些处于极端暴露环境中的社区，如电子废物回收区域附近的社区。其次，阅读障碍风险分析很少应用严格的预测因子选择方法。传统方法常常忽略了风险因素之间的非线性关系和复杂相互作用。能够处理高维数据和相互作用的集成机器学习算法是一个有前景的解决方案，但在阅读障碍研究中尚未得到充分利用。第三，以往研究主要关注单一污染物，未能准确反映儿童实际遇到的金属混合物，这些混合物可能产生协同或拮抗作用。忽视这些混合物可能导致有偏或不完整的结论。最后，流行病学研究中的机制或生物信息学分析几乎完全没有整合。阐明金属暴露如何影响神经发育和阅读能力的分子途径对于建立因果关系至关重要。最近的呼吁强调了将环境毒素与阅读障碍相关基因和生物网络联系起来的重要性（Yang等人，2024年），但将金属暴露与基因-途径分析相结合并确定治疗靶点的综合方法仍大多未被探索。
为了解决这些空白，本研究旨在系统地调查来自非正式电子废物回收的混合重金属暴露与居住在高暴露社区中的儿童阅读障碍风险之间的关联。具体来说，我们试图评估多种同时暴露的联合效应和潜在相互作用，识别导致阅读障碍风险的主要金属，并通过将环境暴露与阅读障碍相关基因和途径联系起来的综合生物信息学分析来探索潜在的生物学机制。通过结合来自高暴露人群的流行病学证据与先进的混合建模和机制推断，本研究旨在提供更全面的理解，说明环境金属混合物如何导致阅读障碍，并为电子废物回收区的有针对性的公共卫生干预提供依据。
研究设置和参与者
本研究分为两个连续阶段（图S1）。第一阶段是2023年3月至9月在中国广东省汕头市进行的学校横断面调查。采用集群抽样方法，从四所公立小学招募了二至五年级的所有学生——其中两所位于电子废物回收区（潮阳区贵屿镇），另外两所位于人口统计上相似的参考区（龙湖区）。在接触的3,045名学生中，
研究人群特征
在2,520名儿童中（表S3），50.9%为男孩，平均年龄为10.16 ± 1.25岁。二至五年级的分布均衡。大多数儿童生活在大家庭中（64.1%），只有12.3%是独生子女。社会经济状况中等，46.5%的家庭每月收入在5,000-10,000元人民币之间。27.4%的父亲和24.6%的母亲具有大学学历，而超过三分之一的家庭仅完成初中或更低的教育水平。
环境暴露情况
讨论
本研究提供了有力证据，表明同时暴露于多种重金属混合物显著增加了居住在电子废物回收区域附近的儿童患阅读障碍的风险。我们的发现强调，是多种金属的联合效应，而不是单一暴露，在阅读障碍风险中起关键作用。主要由Cr、Ni和Pb驱动的混合金属暴露在五种不同的混合分析中均与阅读障碍风险增加相关
结论
本研究提供了有力证据，表明混合金属暴露，尤其是升高的Cr、Ni和Pb暴露，显著增加了居住在非正式电子废物回收区域的儿童患阅读障碍的风险。通过使用先进的混合建模和机器学习方法，我们的发现揭示了单一污染物研究中经常被忽视的关键相互作用和协同毒性
CRediT作者贡献声明
文万毅：方法学、调查、概念化。林晓琦：调查。余新乐：撰写——初稿、可视化、软件、方法学、正式分析、概念化。张宣志：撰写——审阅与编辑、验证、数据管理。黄彦红：撰写——审阅与编辑、监督、资源管理、项目协调、资金筹集。王定辉：调查。吴坤生：撰写——审阅与编辑、验证、监督、项目协调。
伦理批准和参与同意
该研究于2023年2月22日获得了汕头大学心理健康中心的伦理委员会批准（批准编号：MSUMC-202307），并遵循了《赫尔辛基宣言》。所有参与者的父母或法定监护人签署了书面知情同意书，儿童也表达了口头同意。
数据可用性
本研究使用和/或分析的数据可根据合理请求向通讯作者索取。通讯作者
我们恳请将黄彦红教授和吴坤生教授列为本文的通讯作者。这一指定反映了他们在研究不同方面的独特和互补贡献。黄彦红教授监督了整个研究设计及儿童阅读障碍评估，并在数据解释和手稿准备方面做出了重大贡献，特别是在儿童心理健康方面。吴坤生教授
资助
本研究得到了广东省科学技术专项基金（编号：STKJ202209070）和中央指导型汕头地方科学技术发展专项基金（编号：STKJ2025068）的资助。利益冲突声明
? 作者声明他们没有已知的利益冲突或个人关系可能影响本文所述的工作。
