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青少年长期暴露于室内氡和室外PM2.5的影响：MRI显示氡暴露与腹侧被盖区及杏仁核灰质体积增大相关，PM2.5未发现显著关联或交互效应
布列塔尼·K·泰勒（Brittany K. Taylor）|莫妮卡·N·克拉克-史密斯（Monica N. Clarke-Smith）|格蕾丝·E·帕罗莱克（Grace E. Parolek）|赛奇·C·拉斯穆森（Saige C. Rasmussen）|莎拉·L·格林伍德（Sarah L. Greenwood）|海莉·R·普利亚姆（Haley R. Pulliam）|奥格内特杰里·V·史密斯（OgheneTejiri V. Smith）|约翰·P·威尔逊（John P. Wilson）|亚伦·范·唐克拉（Aaron van Donkelaar）| Chi Li |沈思远（Siyuan Shen）|兰德尔·V·马丁（Randall V. Martin）|博·麦克唐纳（Beau MacDonald）|特蕾莎·K·蒙雷尔（Teresa K. Monreal）|劳伦·E·萨尔米宁（Lauren E. Salminen）
美国内布拉斯加州博伊斯镇国家研究医院（Boys Town National Research Hospital）人类神经科学研究所（Institute for Human Neuroscience）
摘要
接触环境毒素会对大脑结构和功能产生显著影响，尤其是在儿童和青少年中，他们对于毒素的敏感性最高。本研究探讨了两种普遍存在的毒素——室内氡（radon）和室外空气中的细颗粒物（PM2.5）——对青少年敏感的皮下脑区形态的独特影响及交互作用。63名12至17岁的青少年接受了3次MRI扫描，我们测量了七个脑区的总灰质体积。参与者的父母还完成了家庭氡检测，并提供了家庭地址，通过时空建模计算了他们住所周围1平方公里范围内的5年平均PM2.5浓度。我们根据测量浓度和儿童在该住所居住的时间，计算了PM2.5和氡的长期暴露指数。使用分层回归分析发现，随着家庭氡暴露量的增加，伏隔核（nucleus accumbens，b = 50.473，β = 0.324，pFDR = 0.037）和杏仁核（amygdala，b = 114.141，β = 0.249，pFDR = 0.047）的体积显著增大。我们未发现皮下脑区形态与PM2.5暴露之间存在显著关联，也未发现氡和PM2.5之间的交互作用。这些发现表明长期家庭氡暴露可能对杏仁核回路的形态有重要影响，强调了进一步研究这些结构异常对青少年功能影响的必要性。
引言
公众越来越意识到接触环境毒素和有毒物质的广泛健康影响，包括对心血管、呼吸系统和神经系统健康的长期后果（ACOG委员会，2013年；Brender等人，2011年；Carpenter和Bushkin-Bedient，2013年；Sangkham等人，2024年）。关于大脑健康，大量研究表明，接触常见的吸入性空气污染物（如细颗粒物PM2.5）与老年期神经退行性疾病的风险增加有关（Calderón-Garcidue?as等人，2016年；Cristaldi等人，2022年；Jankowska-Kieltyka等人，2021年），以及生命早期阶段的神经发育和心理健康结果（Braithwaite等人，2019年；Myhre等人，2018年；Parenteau等人，2024年）。虽然相关研究较少，但最近有研究表明，长期接触天然存在的毒素（如室内氡）也可能增加老年人患神经退行性疾病的风险（Lehrer等人，2017年；Momcilovic等人，2001年；Momcilovi?等人，1999年；Zhang等人，2022年），并可能影响青少年的神经认知功能（Pulliam等人，2025年；Pulliam等人，2024年；Taylor等人，2024年）。鉴于这些发现，人们越来越关注吸入性毒素和有毒物质在儿童和青少年时期的神经发育中的作用，以更好地理解这些神经认知健康表现随生命历程的变化。
事实上，青少年对环境暴露的影响尤为敏感（Bearer，1995年；Falck等人，2015年；Parenteau等人，2024年），早期接触PM2.5等常见污染物与儿童和青少年时期的大脑结构变化有关（Binter等人，2022a；Calderón-Garcidue?as等人，2011年；Morrel等人，2025年）。这些影响被认为是通过多种途径产生的，包括间接的炎症和氧化应激机制，以及PM2.5直接穿过血脑屏障导致神经元和胶质细胞死亡及神经炎症（Cristaldi等人，2022年；Sangkham等人，2024年）。许多研究特别关注皮下脑区形态，因为1）皮下脑区核团对环境刺激具有高度敏感性（Beauchaine等人，2019年），2）皮下脑区核团在许多与心理健康结果相关的大脑网络中起关键作用（Sukumaran等人，2023年）。由于皮下脑区的主导神经递质系统容易受到毒素相关氧化应激的影响，以及某些成分（如重金属）倾向于在皮下组织中积累，因此它们对环境暴露特别敏感（Binter等人，2022b；de Prado Bert等人，2018年）。
尽管在成人中的研究结果相对一致，表明较高的PM2.5暴露与较小的皮下脑区体积相关（Balboni等人，2022年；Calderón-Garcidue?as等人，2022年；Cho等人，2020年；Hedges等人，2020年；Power等人，2018年），但在儿童中的数据则较为复杂。几项大规模出生队列研究和荟萃分析表明，儿童较高的PM2.5暴露与尾状核、杏仁核和海马体的体积减小有关（Kusters等人，2025年；Morrel等人，2025年；Sukumaran等人，2025年），而其他研究则报告这些区域的体积增大（Binter等人，2022a；Morrel等人，2025年）。还有一些研究未发现儿童皮下脑区体积与PM2.5暴露之间的关联（Balboni等人，2022年）。尽管该领域在了解PM2.5对大脑的影响方面付出了大量努力，但对于室内氡暴露对皮下脑区形态的影响的研究仍非常有限。
氡是一种普遍存在的放射性气体，常在住宅和其他建筑物中积聚，其致癌作用主要影响呼吸道（Chen，2013年；Clement和Ogino，2018年；美国环境保护署，2016年）。作为一种电离辐射，氡及其衰变产物（如钋[Po-210]、铅[Pb-210]、铋[Bi-210]）会与空气中的其他颗粒物（如PM2.5中的颗粒物）结合，并通过吸入进入体内，对周围组织释放有害的α、β和γ辐射（Blomberg等人，2020年；Li等人，2018年）。研究表明，氡及其衰变产物可系统性地影响人体，直接作用于大脑（Harley和Robbins，2022年；Kendall和Smith，2002年），也可通过炎症和氧化应激等机制间接影响大脑（Lumniczky等人，2017年；Nie等人，2012年）。对死于痴呆症的老年人的脑组织进行的研究表明，氡及其衰变产物会在大脑各部位沉积，尤其是在杏仁核和海马体的灰质中（Momcilovi?等人，2006年）。此外，一项针对健康儿童的大脑体积研究显示，较高的氡暴露与总体灰质体积减小有关（Smith等人，2024年），但该研究未具体检查皮下脑区形态。
总体而言，现有文献在PM2.5和室内氡对青少年皮下脑区形态的独特影响及其潜在的联合或交互作用方面仍存在明显空白。本研究的目的是在一组正常发育的儿童和青少年样本中探索这些关联（即没有已知心理健康诊断、神经发育障碍或其他可能影响中枢神经系统的个体）。参与者接受了结构性MRI扫描，完成了家庭氡检测，并提供了详细的地址信息，利用先进的时空建模技术计算了环境PM2.5暴露量。基于现有文献，我们初步假设PM2.5和氡的暴露会导致皮下脑区体积减小，每种毒素都有独特的影响。此外，我们假设这两种暴露的交互作用可能会加剧这些关联，即同时暴露于这两种吸入性毒素的青少年表现出最大的皮下脑区体积减小。我们预计杏仁核和海马体的变化最为明显。
参与者信息
参与者
2023年6月至2024年8月期间，共招募了76名来自美国内布拉斯加州奥马哈大都会地区的青少年。参与者的年龄范围为12.03至17.97岁（平均值=14.988岁，标准差=1.666岁），总体上代表了该地区的当地人口特征（53.9%为男性；90.8%非西班牙裔或拉丁裔；9.2%为西班牙裔或拉丁裔；78.9%为白人；14.5%为黑人或非裔美国人；3.9%为亚洲人；2.6%为美洲原住民/阿拉斯加原住民）。研究的排除标准包括……
描述性统计
由于一个或多个变量数据缺失，13名参与者被排除在最终分析之外（氡数据缺失：n = 7；PM2.5数据缺失：n = 2；MRI数据质量差：n = 1；BMI数据缺失：n = 3）。最终可评估的样本包括63名12.03至17.97岁的儿童和青少年（平均值=14.996岁，标准差=1.616；52.4%为男性；92.1%非西班牙裔或拉丁裔；7.9%为西班牙裔或拉丁裔；82.5%为白人；12.7%为黑人或非裔美国人；3.2%为亚洲人；1.6%为美洲原住民/阿拉斯加原住民）
讨论
本研究的目的是探讨青少年皮下脑区形态与多种吸入性毒素（即PM2.5和室内氡）之间的关系。我们假设PM2.5和室内氡暴露都会对皮下脑区体积产生影响，且两种毒素的暴露量增加会导致灰质体积减小。我们进一步预期这两种暴露之间的交互作用会加剧这种效应。
未引用的参考文献
(de Prado Bert等人，2018)
资助
本研究由美国国立卫生研究院资助，具体包括国家普通医学科学研究所（P20-GM14461给BKT）和国家环境卫生科学研究所（R21-ES035146给BKT，以及R01-ES033961给LES）。资助方未参与本研究的设计、分析、解释或报告撰写。
作者贡献声明
亚伦·范·唐克拉（Aaron van Donkelaar）：撰写、审稿与编辑、数据管理。奥格内特杰里·V·史密斯（OgheneTejiri V. Smith）：撰写、审稿与编辑、数据管理。约翰·P·威尔逊（John P. Wilson）：撰写、审稿与编辑、验证、正式分析。莎拉·L·格林伍德（Sarah L. Greenwood）：撰写、审稿与编辑、数据管理。海莉·R·普利亚姆（Haley R. Pulliam）：撰写、审稿与编辑、数据管理。特蕾莎·K·蒙雷尔（Teresa K. Monreal）：撰写、审稿与编辑、项目管理。格蕾丝·E·帕罗莱克（Grace E. Parolek）：撰写、审稿与编辑、数据管理。劳伦·E·萨尔米宁（Lauren E. Salminen）：撰写、审稿与
利益冲突声明
作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益/个人关系：布列塔尼·K·泰勒（Brittany K. Taylor）表示获得了国家环境卫生科学研究所的财务支持；劳伦·E·萨尔米宁（Lauren E. Salminen）表示获得了国家普通医学科学研究所的财务支持。如果有其他作者……
致谢
我们要感谢所有参与者及其家人，没有他们的支持，这项工作就无法完成。
