综述:环境暴露与儿童肾脏健康

《Pediatric Research》:Environmental exposures and pediatric kidney health

【字体: 时间:2026年06月07日 来源:Pediatric Research 3.1

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  研究人员通过检索PubMed和Embase数据库,纳入截至2025年12月的相关研究,采用滚雪球法补充文献,排除病例报告后最终纳入叙述性综述。研究重点关注儿童(<18岁)的估算肾小球滤过率(eGFR)、病因学慢性肾脏病(CKD)诊断、尿生物标志物、血压和

  
研究人员通过检索PubMed和Embase数据库,纳入截至2025年12月的相关研究,采用滚雪球法补充文献,排除病例报告后最终纳入叙述性综述。研究重点关注儿童(<18岁)的估算肾小球滤过率(eGFR)、病因学慢性肾脏病(CKD)诊断、尿生物标志物、血压和体重指数等结局指标,在儿科数据不足时参考成人人群研究证据。综述系统阐述了空气污染物、重金属及合成化学物对儿童肾脏健康的双重影响路径:一方面可直接造成肾组织损伤,另一方面可通过升高血压、促进肥胖等心血管代谢危险因素间接增加终生CKD发病风险。同时指出当前研究存在生态设计偏倚、横断面研究难以推断因果关系、低水平长期暴露毒性证据不足、儿童亚临床肾损伤缺乏统一验证标准等局限,提出了优化抽样框架、精准测量环境暴露、开发可逆转的早期表观遗传标志物、采用准实验设计评估干预效果等未来研究方向,强调需关注孕期及儿童发育关键窗口的环境敏感性,推动社区层面的环境健康行动与政策干预,为儿童CKD的早期预防提供科学依据。

空气污染

空气污染物中直径小于2.5μm的细颗粒物(PM2.5)是核心危害组分,其成分包含有机碳、元素(黑)碳(BC)、金属氧化物及硫酸盐、硝酸盐等无机离子,可通过吸入进入血液循环。城市地区PM2.5主要源于柴油车尾气、工业排放与居民供暖,农村地区则来自农业活动、生物质燃烧与风蚀扬尘,野火频率上升进一步增加了高毒性有机化合物含量的PM2.5排放。二氧化氮(NO2)与二氧化硫(SO2)等气态污染物除通过二次反应生成PM2.5外,也存在独立健康危害。
动物实验显示PM2.5可诱导氧化应激与细胞因子反应,造成终末器官损伤;暴露于城市PM2.5的小鼠在缺血再灌注肾损伤模型中表现出肾小球滤过率下降、尿液浓缩功能障碍与广泛肾小管损伤,提示PM2.5暴露可能增强急性肾损伤(AKI)后的CKD易感性。大鼠孕期肾发生阶段暴露于PM2.5,其子代会出现肾小球、肾小管间质及皮质肾损伤。人体惰性金纳米颗粒吸入实验证实,模拟PM2.5暴露的物质可在暴露15分钟内检出尿液排泄,暴露3个月后仍可检测到,直接证明PM2.5对肾脏的累积效应。
儿童因气道发育尚未成熟、免疫系统不完善及户外活动时间较长,对野火烟雾等污染暴露更为敏感,但现有野火烟雾健康影响研究中尚无针对肾脏相关结局的评估。流行病学研究已发现空气污染与儿童肾脏泌尿生殖道先天畸形(CAKUT)、原发性肾小球疾病(儿童CKD两大主因)存在关联:全球生态研究显示SO2排放与泌尿生殖先天畸形的发病率、患病率和死亡率正相关;美国两项包含儿童的肾小球疾病队列研究表明,基线PM2.5水平翻倍可使疾病进展风险升高55%,其中BC组分暴露翻倍风险升高43%,硫酸盐无显著关联;中国多中心狼疮队列发现短期PM2.5与NO2暴露是系统性红斑狼疮患者1个月内发生狼疮肾炎的危险因素。但此类研究多采用生态暴露测量方法,存在无法精准匹配个体暴露、混杂因素控制不足的局限。
在肾功能影响层面,墨西哥城母婴队列研究显示孕早期PM2.5暴露与前青春期儿童高eGFR相关,可能提示肾小球高滤过这一慢性损伤早期表现,而出生后14个月内暴露则与eGFR下降相关;中国台湾与香港地区的18年纵向研究发现,PM2.5每升高10μg/m3,2-25岁人群CKD发病风险升高53%。NO2长期暴露同样增加儿童CKD风险,每升高10μg/m3风险升高7%;SO2暴露与肾功能的关联较弱且存在性别差异。空气污染还可通过升高儿童高血压与肥胖风险间接损害肾脏:多项荟萃分析证实儿童期短期与长期PM2.5暴露均与高血压发病相关,孕晚期高PM2.5与BC暴露可升高新生儿收缩压;PM2.5水平超过35μg/m3时儿童超重与肥胖风险显著上升,产前交通污染暴露也与儿童中期超重及总脂肪量增加相关,且上述效应可能存在性别特异性与发育窗口差异。其共同机制涉及全身炎症、氧化应激介导的血管功能损伤与脂肪组织炎症反应。

重金属

重金属是自然存在于水、土壤中的常见污染物,采矿、工业生产、农业化肥施用与污水排放进一步加剧其环境负荷,2010-2017年北美河流湖泊中镉、铅、汞等重金属浓度已达世界卫生组织推荐阈值的9倍以上。儿童可通过摄入受污染的食物饮水、接触含铅油漆或地面物质后经手口途径摄入重金属,重金属还可经胎盘、母乳传递,婴儿单位体重液体摄入量更高使其对水体污染更为敏感,从事特定工业劳动的青少年也属于高危人群。
单一重金属及金属混合物均与CKD风险相关,动物实验表明重金属可干扰肾脏血流动力学,导致肾组织活性氧水平升高,引发不同程度的慢性肾小管损伤与纤维化;斑马鱼模型显示重金属混合物可改变肾脏发育与损伤相关基因的表达,饮用水重金属污染还可能通过线粒体功能障碍驱动CKD发生。但现有研究对重金属与儿童特异性CKD病因的关联证据有限:日本环境与儿童研究发现母亲血锰水平升高可降低复杂性CAKUT发病风险,铅、镉、汞水平与CAKUT无显著关联;儿童CKD横断面队列中也未发现血铅水平与直接测量的肾小球滤过率存在总体关联。
横断面研究普遍显示高重金属暴露与儿童eGFR降低相关,如孟加拉国农村9岁儿童尿镉水平每翻倍,eGFR下降4.29 ml/min/1.73 m2;墨西哥儿童研究中尿砷、镉、铜、钒水平升高与胱抑素C、α-1微球蛋白、中性粒细胞明胶酶相关脂质运载蛋白、肾损伤分子-1(KIM-1)等早期肾损伤生物标志物表达异常相关,即使低水平尿镉也可升高亚临床肾损伤标志物水平,尿KIM-1与铬、高水平砷暴露呈剂量依赖关系。但此类研究需注意反向因果偏倚——肾脏是重金属排泄的主要器官,肾功能异常本身可导致尿重金属水平升高,无法区分是暴露导致损伤还是损伤导致排泄增加。纵向研究结果更为复杂:墨西哥城儿童累积膳食镉暴露与9岁时eGFR无显著关联,不同于孟加拉国横断面研究的结果;孕中期母体血、尿重金属与8-12岁子代亚临床肾损伤标志物的关联也未得到一致验证。一项利用脱落乳牙激光剥蚀电感耦合等离子体质谱技术分析产前重金属暴露的研究发现,孕晚期铅暴露与前青春期高eGFR相关,而孕8-17周砷、镉、铅、铬、锂混合暴露则与eGFR降低相关,提示不同发育阶段的肾脏对重金属的易感性存在差异。
重金属对儿童心血管代谢危险因素的影响研究结论不一:波士顿出生队列研究显示围产期母血铅、镉、锰水平与儿童后期收缩压升高无显著关联,但锰对高镉暴露母亲的子代收缩压存在保护作用,可能与锰激活抗氧化酶锰超氧化物歧化酶有关。体重指数可修饰血铅与eGFR的关联,仅超重前青春期儿童的血铅水平与eGFR降低相关;孕晚期而非孕早期或儿童期血砷水平与女性儿童后期体脂增加弱相关,再次体现发育窗口与性别二态性的影响。

合成化学品

全球每年生产超过23亿吨合成化学品,家用产品中的化学品仅1%经过严格安全性测试,邻苯二甲酸盐、酚类、全氟和多氟烷基物质(PFAS)、有机磷酸酯、草甘膦等已明确与健康损害相关。动物模型证实产前与儿童早期暴露于此类化学品可通过升高氧化应激、紊乱肾素-血管紧张素系统、失调芳烃受体信号、减少肾单位数量,增加终生肾脏与心血管代谢疾病风险。
化学品与儿童CKD病因的关联研究有限:日本环境与儿童研究发现,孕期使用含PFAS的防水喷雾可使男性子代泌尿生殖系统异常风险升高28%,使用杀虫剂可使女性子代风险升高48%,其中防水喷雾与男性膀胱输尿管反流、杀虫剂与女性肾积水的关联最强;欧洲病例对照研究则显示孕早期职业暴露于有机溶剂/烷基酚类化合物可使CAKUT风险升高41%。儿童CKD随访队列中,农业用有机磷酸酯暴露与10年随访期内亚临床肾损伤及氧化应激标志物升高相关;双酚A与邻苯二甲酸盐虽未显示与eGFR下降的一致关联,但均与肾小管损伤及氧化应激标志物相关。
在一般儿童人群中,PFAS暴露负荷评分与美国儿童健康研究青年人群的eGFR降低相关;合成农用化学品被认为是农业社区慢性间质性肾炎(即病因不明慢性肾脏病,CKDu)的重要致病因素,此类肾损伤可能起始于儿童期。墨西哥CKDu流行区儿童中,尿草甘膦处于最高四分位者尿KIM-1水平显著升高,但美国儿童研究中未观察到草甘膦与KIM-1的类似关联,整体农用化学品与儿童肾脏健康的证据仍较匮乏。
合成化学品还可通过影响心血管代谢危险因素间接损害肾脏:产前与儿童早期PFAS暴露与青春期高血压、肥胖正相关;产前单丁基邻苯二甲酸酯暴露可升高儿童高血压发病风险,而儿童后期检测的邻苯二甲酸酯代谢物则无此关联,进一步支持产前是心脏与肾脏发育的环境敏感窗口。多环芳烃(PAH)作为不完全燃烧产物常与PM2.5结合,产前PAH暴露与4岁儿童体重指数Z评分升高相关,但与11岁时无显著关联;有机磷酸酯阻燃剂(OPFRs)在成人中已证实具有肾毒性,其在儿童中的效应尚待明确。

环境作为保护

环境要素也可通过改造发挥健康保护作用:增加绿地是社区层面更易实施的保护策略,植被可通过固定、吸收、过滤作用降低环境颗粒物、重金属与合成化学品的人体暴露水平。现有证据显示绿地与中国学龄儿童3年随访期间血压升高风险降低相关,部分横断面研究发现绿植覆盖度高的社区儿童体重指数更低,但纵向研究未得到一致结论。台湾地区成人研究显示CKD患者中居住区邻近绿地与终末期肾病发病风险降低相关,但另一项台湾成人横断面研究未发现绿植覆盖度与一般人群CKD的关联,此类研究难以区分是绿地的直接解毒效应,还是其与体力活动空间、社会经济因素的混杂作用,目前尚无研究评估环境绿植度与儿童CKD发病或进展的纵向关联。
建成环境的健康促进作用同样关键:安全、适宜步行的社区可促进体力活动,缓冲高环境压力下儿童的心血管代谢风险;新鲜多样食物的可得性是重要保护因素,食物不安全与儿童高血压发病风险升高相关,横断面研究显示食物不安全可使CKD患病风险升高35%-46%,而为经济困难的CKD儿童提供食品援助可延缓疾病进展。

研究效能挑战与可能解决方案

人类实际面临的是多种金属、化学品与化合物的动态混合暴露,且每年新增数百万种潜在有毒物质,复杂的多类别、时变暴露组合给研究设计带来巨大挑战。既往研究常受限于样本量不足,大样本全国代表性研究可识别影响最广泛人群的环境暴露,但环境危害往往不均分布,少数亚群承受不成比例的高暴露,因此需在识别潜在危害后,针对暴露分布更集中的社区与邻里开展研究,提升检测暴露-健康关联的灵敏度。CKDu流行区成人研究已采用此类聚焦策略,儿童CKDu流行区、水资源短缺区、地下水井污染区、极端温度暴露区及少数族裔、社会经济弱势社区均属于需优先关注的高暴露人群。
环境测量的准确性与精密度是影响研究效能的核心:环境暴露存在季节变异、长期累积与混合复杂性,“暴露组”(包含产前在内的全生命周期暴露总和)的测量仍难以实现。当前常用血液或尿液的生物监测仅能反映近期暴露,多为点检测而非24小时标准测量,且多数生物标志物缺乏验证的参考范围;即使已建立重金属临床参考范围,低水平、持续终身暴露的健康风险仍被低估。自我报告暴露存在回忆偏倚,血重金属水平还可能因肾功能下降导致排泄减少而升高,产生反向因果;尿重金属水平常用尿肌酐比值、尿渗透压或尿流率校正,但不同方法结果差异大,难以跨研究比较;地理空间数据若缺乏个体与环境交互行为的评估,易导致生态学谬误与未测量混杂。个体暴露监测设备的发展、乳牙等组织的历史累积暴露分析技术,可提升暴露测量的时空精度,优先收集个体与社区多时点、多水平的纵向暴露数据,能有效减少随机误差与偏倚。
亚临床结局测量工具的缺乏限制了早期损伤的识别:血清肌酐与胱抑素C计算的eGFR、尿白蛋白肌酐比(UACR)均为CKD晚期标志物,UACR在儿童中还需排除良性直立性蛋白尿,且儿童CKD更多表现为非白蛋白尿型,应用受限。亟需验证统一的亚临床肾损伤生物标志物,用于可逆转损伤阶段的检测,候选指标包括与CKD进展病理生理过程相关的蛋白标志物(如KIM-1、中性粒细胞明胶酶相关脂质运载蛋白)及参与组织特异性基因调控的非编码RNA(如微小RNA、长链非编码RNA),此类标志物还可帮助解析环境肾损伤的特异性分子表型。表观基因组是另一类可逆早期损伤标志物,生命早期表观遗传年龄加速与儿童后期心血管代谢健康较差相关,氧化应激、线粒体功能障碍、纤维化等环境肾损伤机制均为衰老的标志性特征,开发可通过血液样本测量的肾脏特异性表观遗传年龄加速时钟,能为纵向干预研究的可逆靶点识别提供支持。
在干预评估层面,随着环境广域关联研究与多组学分析的进步,准实验设计(如双重差分法、工具变量法)可提升因果推断强度,克服现有生态与横断面研究的局限,近似评估公共卫生干预与政策的效应,为环境危害削减的健康收益提供内外部验证证据。

社区行动

在研究优化的同时,社区可采取即时措施降低暴露:临床工作者与社区居民可关注本地空气质量监测与儿童铅筛查两类现有工具,依据空气质量指数调整户外时间,为所有儿童提供铅筛查(尽管保险覆盖存在差异),因为即使低水平铅暴露也可促进eGFR进行性下降。儿童健康专业人员可通过世界卫生组织“环境、气候变化与健康”自修课程、美国儿科环境健康安全单元(PEHSU)等资源学习环境暴露相关知识,参考美国儿科学会《绿色手册》与《全球儿科环境健康问题技术报告》中的资源清单,将环境健康决定因素纳入医学教育与常规诊疗,解答就诊家庭的环境致病疑问,推动有利于绿色健康社区的政策、研究与基础设施建设。

总结与未来方向

环境暴露已成为儿童肾脏疾病与CKD相关心血管代谢危险因素的重要驱动因素,现有多类别暴露与肾脏健康的研究结论存在异质性。未来需通过三项核心举措厘清关联:一是结合流行病学、准实验与机制研究,在脆弱儿童人群中验证效应量;二是优先开展前瞻性研究,评估肾脏发育关键窗口环境暴露的长期影响;三是标准化环境暴露与早期肾损伤的测量方法,促进跨研究结果可比。最终目标是识别从儿童期开始的个体与社区层面CKD预防的环境靶点,实现肾脏与心血管代谢疾病的早期防控。
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