雙酚類化合物污染現狀及對生命早期的不良影響

田華，單立鑫，崔凱潔，汝少國

1. 中國海洋大學海洋生命學院，青島 266003 2. 青島大學附屬婦女兒童醫院，青島 266034

雙酚A（bisphenol A, BPA）是全球產量最高的產品之一，主要用于環氧樹脂和聚碳酸酯的生產，應用于制造水杯、補牙材料、食品接觸材料、涂料、管道和熱敏紙等日用品[1]。體外分析和實驗動物研究證明了BPA對生殖和發育、神經網絡、心血管、代謝和免疫系統有不良影響[1-5]，是一種環境內分泌干擾物（environmental endocrine disruptors, EEDs），被各國限制使用。因此，近年來雙酚AF （bisphenol AF, BPAF）、雙酚AP （bisphenol AP, BPAP）、雙酚B （bisphenol B, BPB）、雙酚F （bisphenol F, BPF）、雙酚P （bisphenol P, BPP）、雙酚S （bisphenol S, BPS）和雙酚Z （bisphenol Z, BPZ）等BPA類似物作為替代品得以廣泛使用。歐洲化工局報告顯示，歐洲經濟區BPF和BPS年生產量或進口量分別高達1 000萬t和10 000萬t[6]。在很多國家或地區，目前尚缺少雙酚類化合物生產和使用的詳細數據，但可以肯定的是，除BPA外，其他雙酚類化合物（BPA類似物）的生產和應用在全球范圍內都在增加[7-8]。

雙酚類化合物是半持久性有機污染物，正辛醇-水分配系數和生物富集因子較高，易在生物體內蓄積，毒性效應較強[7]。相比成年人，胎兒和兒童接觸雙酚類化合物更多，且對暴露更為敏感。本研究首先綜述雙酚類化合物在環境介質、食品和人體中的污染現狀，然后從生殖毒性、神經毒性、呼吸和免疫毒性、致肥胖效應和發育毒性等方面綜述生命早期接觸雙酚類化合物產生的不良影響，為雙酚類化合物特別是雙酚A替代物環境質量標準制定與污染控制提供數據支撐，為提高出生人口質量、保障兒童健康提供科學依據。

1 雙酚類化合物污染現狀（Pollution status of bisphenols）

1.1 在環境介質中的分布

歸納總結了雙酚類化合物在灰塵、水體、污泥和沉積物等環境介質中的檢出濃度范圍，如表1所示。迄今為止，BPA、BPAF、BPAP、BPB、BPF、BPP、BPS和BPZ等雙酚類化合物在環境中有檢出。

灰塵：在中國[9-11]、美國[10]、日本[10]、韓國[10]和瑞典[12]等國家的室內灰塵中，雙酚類化合物均有檢出。2017—2019年，我國灰塵中BPA最高檢出濃度高達37 000 ng·g-1[9]，與韓國相近（39.1 μg·g-1）[10]，高于其他國家。

水體：在我國水體中，BPA、BPS和BPAF是檢出率和檢出濃度較高的雙酚類化合物。2017年，我國20個飲用水處理廠水源中BPA濃度最高，可達34.9 ng·L-1，BPS檢出范圍為n.d.～5.2 ng·L-1[13]。遼河、渾河和太湖水體中BPA、BPS和BPAF檢出率高達100%，其中BPS濃度最高（0.28～67 ng·L-1）[14]。均未超過歐盟推薦的BPA預測無效應濃度（predicted no-effect concentration, PNEC） 1 500 ng·L-1[7]。

污泥：在中國[15]、韓國[16]和美國[17]等國家的污泥中也檢測出了雙酚類化合物。在韓國幾類污水處理廠的污泥樣品中雙酚類化合物平均濃度依次為：BPA （1 520 ng·g-1）、BPF （384 ng·g-1）、BPS （44.9 ng·g-1）和BPZ （24.3 ng·g-1），BPB未檢出，推測主要來源于工業排放[16]。在我國城市污水處理廠的污泥中，8種雙酚類化合物均有檢出，檢出率和檢出濃度均表明BPA仍然是最主要的雙酚類化合物，BPA范圍為16.7～1 210 ng·g-1，BPA、BPF和BPS的檢出率分別為100%、95.7%和89.1%[15]。

沉積物：雙酚類化合物在中國[14]、美國[18]、韓國[18]和日本[18]臨近工業區的湖泊和河流沉積物中也有檢出，韓國沉積物BPA的檢出濃度最高（范圍為n.d.～13 700 ng·g-1），BPP未檢出，美國與日本僅有BPA、BPF和BPS檢出[[18]。在我國太湖流域沉積物中BPS （0.28～69 ng·L-1）的濃度高于BPA （0.19～7.4 ng·L-1）[14]。

1.2 在食品中的分布

飲食是人們攝入雙酚類化合物的主要途徑[19-20]。用于食品接觸材料或食品加工塑料的雙酚類化合物可以轉移到食品中[20]。攝入罐裝食品和飲料與體內BPA濃度較高有關[21-22]，堅持新鮮食品飲食則相反[23-24]。最近的研究也報道了來自不同國家的食品中含有BPA類似物（表2）。

在美國開展的一項包括飲料、乳制品、油脂、魚和海鮮、肉類、谷物、水果和蔬菜的調查發現，美國食品中BPA和BPF的平均濃度分別為3 ng·g-1和0.929 ng·g-1，罐頭食品比玻璃、紙或塑料容器中出售的食品含有更高濃度的單個和總雙酚類化合物，統計分析時納入罐頭食品導致蔬菜中BPA濃度較高（9.97 ng·g-1）、海鮮中BPF濃度較高（4.63 ng·g-1）[25]。BPS在我國食品樣品中被檢出（檢出率為77.5%）；BPA的檢出率高達60.9%，其濃度范圍從

1.3 在人體中的分布

由于雙酚類化合物的廣泛使用，人們通過攝入、呼吸和皮膚接觸雙酚類化合物，目前在人的尿液、血液、胎盤、母乳、羊水、腦組織、頭發和脂肪中均有檢出（表3）。一項韓國研究報告了在孕婦尿液、新生兒尿液、胎盤和母乳標本中BPA檢出率分別為90.2%、82.2%、82.1%和79.5%，不同樣本中BPA中位濃度依次為新生兒尿液（4.75 μg·L-1）、孕婦尿液（2.86 μg·L-1）、臍帶血清（1.71 μg·L-1）、孕婦血清（1.56 μg·L-1）、母乳（0.74 μg·L-1）和胎盤（0.53 μg·kg-1）[29]。居住在中國電子拆解廠附近的孕婦和新生兒體內檢出5種雙酚類化合物，包括BPA、BPS、BPAF、BPP和BPAP[30]。BPA是德國兒童尿液中最主要的雙酚類物質，幾乎所有樣本中均可檢出（檢出率96%），中位數濃度高達1.82 μg·L-1[31]。中國南京郊區兒童尿液中BPA和BPS檢出率和檢出濃度最高，檢出率分別為97.5%和98.8%，檢出濃度中位值分別為369 ng·L-1和18.8 ng·L-1[32]。在另外3項研究中，BPF超過BPS成為BPA的主要替代物，中國成年人體內BPF檢出率是BPS的3倍左右（74.6% vs. 25.9%）[33]，挪威兒童體內BPF檢出率超過了BPA （97% vs. 86%）[34]，日本兒童體內BPF檢出率高于BPS （83% vs. 78%）[35]。

此外，在歐洲成年人的腦組織（下丘腦和白質）、頭發和脂肪組織中均有BPA檢出：荷蘭成年人下丘腦和白質中，BPA檢出率分別為96%和90%，濃度中位值分別為0.68 ng·g-1和0.82 ng·g-1[36]；希臘孕婦的頭發中BPS的檢出率（34%）與BPA相近（37%）[37]；42.9%的西班牙成人脂肪組織中檢出BPA[38]。

值得一提的是，上述研究的健康風險評價結果表明，危害商值（hazard quotient, HQ） （評估每種雙酚類化合物單獨暴露對人體的健康風險）或危害指數（hazard index, HI） （評估多種雙酚類化合物聯合暴露的累積健康風險）均<1，即雙酚類化合物估計每日攝入量（estimated daily intake, EDI）未超過歐洲食品安全局規定的BPA每日允許攝入量（tolerable daily intake, TDI）。

2 生命早期接觸雙酚類化合物的不良影響（Adverse effects of early life exposure to bisphenols）

越來越多的研究表明，妊娠期、嬰兒期和幼兒期的環境壓力源是兒童期甚至成年期疾病的危險因素[39-40]。對生命早期的干擾，會增加數年或數十年后出現不良健康結果的風險[39-40]。相比成人，胎兒和兒童更容易受到EEDs的影響。原因一：飲食、行為、生理、解剖和毒理動力學方面的差異[41]，胎兒和兒童消耗水和特定食物更多，腸道吸收率、腸道表面積與體積比更高[42]，接觸雙酚類化合物更多；原因二：生命早期機體處于生長發育階段，代謝解毒機制尚不完善，對外界環境干擾比成年期更敏感[43]。

2.1 生殖毒性

早在1979年，Henderson等[44]提出假說：在睪丸分化時雌激素相對過量是睪丸癌的主要危險因素。14年后，Sharpe和Skakkebaek[45]提出，不僅睪丸癌，其他男性生殖障礙如隱睪、尿道下裂、低精子數量可能共享這一假說，接觸具有類雌激素效應的環境化學品可能對男性生殖障礙發生起關鍵作用，潛在機制是胎兒垂體負反饋的增加導致促性腺激素水平降低，從而破壞男性胎兒性腺正常發育。

實驗動物學研究中，圍產期SD大鼠口服BPA、BPS和BPF后，5 μg·kg-1BPA使雌性后代卵泡數量、雄性后代腎臟和前列腺質量增加，誘導睪丸氧化應激反應；5 μg·kg-1BPS使雌性后代排卵率和雄性后代肛門—生殖器距離降低，誘導睪丸氧化應激反應；5 μg·kg-1BPF導致超過80%大鼠自然流產，雌性后代排卵率和雄性后代附睪脂肪組織質量降低，表明即使低劑量BPA或其類似物也會引起生殖毒性[46]。圍產期暴露于高劑量BPA，其雌性子代成年期發情周期模式發生改變，血漿促黃體生成素水平降低[47]。2項Wistar大鼠的研究表明，出生后短時間暴露于超過100 mg·kg-1的BPF可增加雌性子宮相對質量，更高劑量（500 mg·kg-1） BPF暴露導致雄性睪丸質量增加[48-49]。發育早期（自妊娠第8天至產后第19天）低劑量BPS （200 μg·kg-1·d-1）暴露可影響CD-1小鼠子宮和卵巢中雌激素應答基因表達，促進雌性后代卵巢卵泡發育[4]。

表1 雙酚類化合物在環境介質中的檢出濃度范圍Table 1 Range of bisphenols concentrations in the environment

表2 雙酚類化合物在食品中的平均濃度和檢出率Table 2 Mean concentrations and detection frequencies of bisphenols in food

表3 雙酚類化合物在人體中的暴露水平（中位數）和檢出率Table 3 Exposure levels （median） and detection frequencies of bisphenols in human

2.2 神經毒性

神經元的發育過程（包括增殖、遷移、分化、突觸發生、髓鞘形成和凋亡）從胚胎期一直延續到青春期[50]。大量研究表明，雙酚類化合物暴露可引起中樞神經系統發育和功能異常，包括神經可塑性改變、神經發育不良、神經細胞凋亡和認知功能障礙[51-52]。比如，長期暴露于BPA （0.1、0.5、1、5和10 μmol·L-1），人谷氨酸神經元的神經突觸生長呈濃度依賴性減少，高濃度BPA （1 μmol·L-1和10 μmol·L-1）使樹突的總長度和分枝數減少，頂端樹突的分枝數減少[52]。細胞內Ca2+信號對突觸可塑性起重要作用，BPA對海馬神經元中谷氨酸誘導c（Ca2+）升高有影響：1～10 pmol·L-1時BPA抑制谷氨酸誘導c（Ca2+）升高，1～100 nmol·L-1時會增強谷氨酸誘導c（Ca2+）升高[53]。青春期小鼠暴露于BPA，降低成年期雄性小鼠社交能力，抑制其與異性社會交往，這可能是因為BPA具有弱雌激素效應[54]。青春期雄性小鼠暴露于BPA，其成年期腦內睪酮水平和外側隔、杏仁核、終紋床核的雄激素受體（AR）水平，以及杏仁核和終紋床核的雌激素受體α和β（ERα/β）水平下調，擾亂雌性激素和雄性激素對精氨酸加壓素（arginine vasopressin, AVP）系統的調節，損害雄性小鼠的社會認知能力[55]。BPA和BPS短期暴露會導致斑馬魚（Daniorerio）受精后24 h胚胎神經數量顯著增加，并進一步誘導幼蟲行為亢進[56]。斑馬魚暴露于BPF，幼魚的星形膠質細胞或小膠質細胞被激活，在0.5 μg·L-1BPF暴露水平下中樞神經細胞凋亡，不同濃度的BPF均可顯著影響斑馬魚受精72 h時運動神經元的發育，并抑制軸突生長[5]。用極低劑量的BPA和BPS處理斑馬魚胚胎，下丘腦內神經元的發生分別增加了180%和240%，與運動過度活躍有關[56]。

甲狀腺激素在妊娠期和兒童期的神經元遷移、突觸發生和髓鞘形成中起關鍵作用[57]。妊娠期小鼠口服BPA母鼠和胎鼠血清中甲狀腺素和三碘甲狀腺原氨酸水平均低于對照組，促甲狀腺素水平高于對照組[58]。

一些流行病學研究也發現雙酚類化合物對兒童認知、行為等有影響。148名新生兒臍帶血中BPA濃度與其7歲時的智商分數、言語理解能力指數以及知覺推理指數呈負相關[59]。Braun等[60]發現BPA濃度增加1倍，男孩的工作記憶能力得分會下降1分，而女孩的工作記憶能力會提高0.5分。自閉癥譜系障礙兒童體內BPA的濃度是正常兒童的3倍[61]。

2.3 呼吸和免疫毒性

環境污染物破壞發育中的呼吸和免疫系統，可能降低抗感染能力和肺功能，增加過敏風險。BPF和BPS增加斑馬魚早期發育階段活性氧含量、一氧化氮含量、一氧化氮合酶活性、細胞因子和趨化因子以及免疫相關基因的表達，此外BPS和BPF均可誘導雌激素受體和核轉錄因子（nf-κb）的表達，而雌激素受體和nf-κb拮抗劑可阻斷免疫相關基因的表達，表明BPS和BPF對魚類免疫應答功能有影響[3]。BPA （0.1 μg·L-1）顯著干擾鯉魚（Cyprinuscarpio）幼魚免疫應答[62]，增加斑馬魚幼魚先天免疫相關基因表達[63]。產前暴露于BPA使雄性大鼠的相對胸腺質量降低[64]。

流行病學研究表明，產前暴露于BPA對兒童的氣喘和哮喘有影響（表4）。妊娠期母親尿液中BPA的濃度與兒童發生氣喘的風險正相關（相對風險度（relative ratio, RR）為1.20）[65]。各個妊娠期母親尿液中BPA的濃度水平與兒童期哮喘發生風險呈正相關，且在Buckley等[66]的研究中，這種關聯僅在男孩中發現（比值比（odds ratio, OR）為3.04）。產后暴露于BPA表現出類似的影響。例如，Kim等[67]發現韓國7～8歲兒童BPA尿液濃度與氣喘（OR為2.48）和哮喘（風險比（hazard ratio, HR）為2.13）發生呈正相關；哥倫比亞568名兒童尿液BPA與7歲時的氣喘發生相關（OR為1.4）[68]。

2.4 致肥胖效應

生命早期暴露于EEDs可擾亂涉及生長、能量代謝、食欲、脂肪生成和糖-胰島素穩態的神經內分泌系統，從而促進兒童肥胖[39,69-70]。Héliès-Toussaint等[71]報道了BPA或BPS處理小鼠3T3-L1脂肪細胞后，脂肪分解減少，而BPS處理增加了葡萄糖攝取和瘦素生成。這些結果表明BPA和BPS通過不同代謝途徑參與肥胖和脂肪變性。

圍產期暴露于BPS使小鼠的雄性后代體質量、肝臟和附睪白色脂肪組織質量、肝臟甘油三酯和膽固醇含量升高[72]。一項元分析研究表明，生命早期暴露于BPA與嚙齒動物的肥胖體質量、甘油三酯和游離脂肪酸呈顯著正相關[73]。

由表5可知，產前和產后暴露于酚類化合物對兒童和青少年超重或肥胖有影響。中國上海1 326名兒童尿液中高濃度BPA與女學生超重有相關性，特別是9～12歲女孩（OR=2.32）[74]。2 664名7～11歲美國兒童尿液中高濃度的BPA與肥胖的風險正相關（OR=2.55），性別分層后，在男孩中這種效應更明顯[75]。一項橫斷面研究發現，女性和8～11歲兒童尿液中BPA的濃度與BMI值的增加顯著相關[76]。在297名美國兒童的研究中，產前BPA濃度與兒童BMI無相關性[77]。在一項關于希臘兒童的研究中，產前BPA濃度與女孩BMI和肥胖指標呈負相關，而在男孩中呈正相關[78]。目前只有2項研究探究了BPA替代物對兒童和青少年肥胖或超重的影響，這2項研究中，BPF與兒童一般肥胖和腹部肥胖呈正相關[79-80]。

2.5 發育毒性

雙酚類化合物可以影響新生兒出生結局，包括出生體質量和胎齡。雙酚類化合物具有雌激素效應，與雌激素相關受體-g結合，影響胎盤功能[81]，或者增加孕婦氧化應激反應和不良炎癥，影響胚胎著床、胎盤著床和胎兒生長，如宮內生長受限、早產和低出生體質量[82-84]。BPS可以提高黃體酮水平，而黃體酮對維持妊娠狀態和控制分娩起重要作用[85-86]。

動物學實驗證明，亞致死濃度的BPS和BPF抑制斑馬魚幼魚孵化時間和體長[3]。Qiu等[87]發現，低劑量BPA會縮短斑馬魚孵化時間。Yang等[88]發現，暴露于BPF會降低斑馬魚幼魚出生體質量和出生長度。在大鼠妊娠第1～15天腹腔注射BPA，胎兒存活率下降，存活胎兒體質量下降[89]。

總結了產前暴露于雙酚類化合物對新生兒胎齡和出生體質量影響的流行病學研究（表6），不同研究得出的結論有諸多不一致之處。在一項關于中國健康嬰兒的隊列研究中，母親BPS的濃度水平與新生兒胎齡呈正相關[90]，一項關于中國武漢的孕婦研究中BPS與早產沒有關系[91]，而在另一項研究中BPS與早產呈正相關[92]。在3項研究中，母親尿液中BPS的濃度與出生體質量無關[93-95]，而在另外3項研究中母親體內BPS的濃度與出生體質量升高或降低有關[37,96-97]。BPA對出生體質量的影響也不一致，呈負相關或無相關性[90,94-95]。在同一篇研究中，不同妊娠時期，雙酚類化合物暴露濃度對新生兒出生結局的影響也不同[98]。在美國PROTECT隊列中，孕婦在妊娠24～28周時尿液中BPS濃度增加了小于胎齡兒風險，而在妊娠16～20周時BPS濃度與大于胎齡兒的風險呈正相關[98]。

3 研究展望（Research prospect）

（1） 有必要建立起一套標準化的檢測方法

目前，在探究兒童體內暴露水平時，不同研究取樣時間、檢測方法等都存在一定差異，從而導致在進行暴露水平時空差異對比時存在一定的誤差。例如，雖然大多數研究都以兒童第一次晨尿為樣本，但未規定具體取樣時間以及是否在進食前取樣。研究證實，研究對象是否進食、取樣時間與進餐時間之差會影響尿液中BPA總濃度[102]。此外，不同的前處理方法、化學檢測方法導致檢出限不盡相同。使用甲基叔丁基醚萃取美國兒童尿液中雙酚類化合物，BPF檢出限為0.074 ng·mL-1，檢出率為23.6%[103]；而使用固相萃取柱萃取日本兒童尿液中雙酚類化合物，BPF檢出限為0.02 ng·mL-1，檢出率為83%[33]。除了研究對象本身的差異，檢出限的不同可能也是造成檢出率差異的原因之一。因此，有必要建立起一套標準化的檢測方法，統一取樣細節，規范分析方法，使得在進行不同研究的雙酚類化合物檢出情況比較時，結果更為客觀準確。

（2） 應盡快開展BPA替代物對兒童體格發育影響的環境流行病學研究

小鼠動物實驗與元分析研究已經明確了生命早期暴露于BPA及其主要替代物的致肥胖效應[71-73]。然而，目前對于雙酚類化合物對兒童體格發育影響的環境流行病學集中于BPA[74-78]，僅有2項研究探究了BPA替代物對美國兒童和青少年體格發育的影響[79-80]。兒童肥胖被確定為21世紀嚴重的公共衛生挑戰之一。以我國為例，在過去的40年里，我國超重和肥胖兒童的數量迅速增加[104]。2005年，0～6歲兒童的超重率為3.4%，肥胖率為2.0%，7～17歲兒童和青少年超重率為4.5%，肥胖率為2.1%[105]。2015—2019年，中國6歲以下兒童超重率為6.8%，肥胖率為3.6%；6～17歲兒童和青少年超重率為11.1%，肥胖率為7.9%[104]?？紤]到BPA替代物日益廣泛的使用、在環境和人體中的生物遷移和生物放大作用，以及兒童超重率、肥胖率的大幅增加，應盡快開展其對兒童體格發育的影響研究。

（3） 有必要開展胎兒臍帶血中雙酚類化合物實測濃度對新生兒出生結局影響的研究

雙酚類化合物可以透過胎盤屏障，直接對胎兒產生影響。但是，由于暴露方式等因素的變化，雙酚類化合物的胎盤轉運率（即胎兒血漿與母親血漿濃度的比值）波動較大。例如，Zhang等[30]發現BPS、BPA的胎盤轉運率分別為1.11、1.94；而在綿羊的胎盤灌注模型中，BPS的胎盤轉運率為0.032[106]，BPA的胎盤轉運率為0.293[107]。因此，以孕婦體內雙酚類化合物的濃度代表胎兒的產前暴露水平，可能會低估或高估雙酚類化合物對新生兒出生結局的影響，這可能是造成目前不同研究結論不一致的原因之一（表6）。因此，有必要開展胎兒臍帶血中雙酚類化合物實測濃度對新生兒出生結局影響的研究。

表4 產前暴露于BPA對兒童氣喘和哮喘的影響Table 4 Effect of prenatal exposure to BPA on wheeze and asthma of children

表5 產前和產后暴露于雙酚類化合物對兒童和青少年肥胖和超重的影響Table 5 Effect of prenatal and postnatal exposure to bisphenols on childhood obesity and overweight

續表5

表6 雙酚類化合物對新生兒胎齡和出生體質量的影響Table 6 Effect of bisphenols on gestational age and birth weight of newborns

續表6