空氣污染下的中國兒童-科學人雜誌
科研專輯

空氣污染下的中國兒童

2008/08/29 費根(Dan Fagin)
空氣污染真的會影響兒童的發育嗎? 美、中流行病學家在四川找到分子生物學的證據。

重點提要
■分子流行病學家利用分子分析的工具,尋找出導致疾病的基因與環境因素。
■有些生物學家質疑將污染與疾病連結的研究取向,因為易感性、暴露程度或早期疾病的候選分子是否能預言疾病,仍有待證實。
■研究者可能已經找到迄今為止研究環境分子流行病學最好的實驗案例:在2004年關閉了燃煤發電廠的中國城市銅梁縣。
■初步研究顯示,在2002年燃煤發電廠仍在運作時出生的兒童,比發電廠關閉一年後才出生的兒童,不僅頭圍較小,在發展測驗上的得分也較低,與污染相關的遺傳異常也比較多。


位於中國的中南部銅梁,是個擁有10萬人口的灰色城市。不久前,矗立在銅梁縣中央的發電廠就像是噴出濃煙的巨龍,但這座發電廠現在只剩下幾座高聳的廢物堆和一間生鏽的煤炭儲藏室。在我們走向儲藏室時,一隻比利時牧羊犬突然狂吠,扯動身上的鐵鍊並露出滿嘴的利牙。一張有著褐色雙眼的臉從開啟的門裡往外窺探,這隻牧羊犬的主人是個身穿污穢襯衫的女孩。當我們朝女孩走去時,女孩手裡抱著的虎斑貓跳了下來,躲在一塊厚石板下面,小女孩頂多六、七歲,跟她的父親似乎就住在這間煤炭儲藏室裡,女孩的父親則在屋裡以警戒的眼神看著我們。


帶領我們參觀發電廠的當地官員為眼前的景象感到困窘,急著催促我們到附近的辦公室,好向我們展示為900間豪華房屋(以銅梁當地的標準而言)所精心製作的模型,這些房屋預計在發電廠原址興建。但裴里拉(Frederica Perera)起了好奇心,他走向小女孩,親切地說了聲「你好」,臉上帶著微笑。小女孩回以微笑,然後和她父親一同回到屋內。


畢竟,孩子們正是裴里拉來到這裡的原因。他正在尋找空氣污染與疾病之間的關聯,尤其是那些在子宮裡就接觸了污染物的兒童。裴里拉是美國哥倫比亞大學兒童環境衛生中心的主任,是分子流行病學領域的先鋒,應用分子分析的工具來找出導致疾病的遺傳與環境因素。他與其他分子流行病學家致力於研究環境與疾病關係,大多在開發中國家進行研究。由於這些國家的污染問題無所不在,因此即使只有少數的人口接受研究,也可測定污染與健康之間的複雜關係。他們的研究結論也適用於美國、歐洲與日本等國家,這些地區環境污染物的暴露情況比較微妙,也較難在小規模的研究中測量環境污染的影響。


不論在哪裡進行研究,分子流行病學家所採用的研究取向的不同之處,在於尋找與暴露於毒性物質以及疾病有緊密關聯的生物指標。這些標記通常是附著於DNA的化學物質、基因結構改變、符合某種特定類型的污染物或疾病。現在DNA晶片與其他的篩檢科技簡化了測量標記的工作,大量使用這些工具,理論上能找到受特定污染物危害的人群,以拯救生命。


然而,這個方法仍舊引起很大的爭議,因為只有幾個與易感性、暴露程度或早期疾病有關的候選生物標記分子完全確認出來,能夠當成疾病的警訊,而且也很難排除飲食與遺傳傾向等干擾變數,這些變數的影響力不輸給暴露於污染物等因素。但更為困難的是去了解那些完全不同的風險因素如何交互作用而影響健康。


因此,在裴里拉針對這個主題發表第一篇論文的25年後,分子流行病學的進展比創立者最初期望的要慢,研究者也認為,不管這理論有多誘人,現實世界的錯綜複雜,限制了分子流行病學的實用性。幾個特殊生物標記的改變可能是疾病剛出現的可靠指標(例如抑制腫瘤的蛋白質p53),但是這股熱潮已經衰退,因為研究者已經為許多疾病找出更複雜的病因,包含一連串的生化反應。裴里拉承認:「你可以說早期對分子流行病學的看法有點熱過頭,有許多不夠成熟的主張或說法。要做到利用生物標記來偵測早期疾病並客製化療程,實際上並不容易。」


但是,現在裴里拉相信他已經在銅梁找到了從生物分子層面來研究環境流行病學的最佳實驗案例,他與哥倫比亞大學的同事唐德良已經獲得一些研究結果,來支持這樣樂觀的看法。他們取得這些發現的過程,與發現的結果同樣有趣。


追蹤生物劑量標記︰PAH

裴里拉自從1979年開始研究生物標記後,一直對多環芳香烴(polycyclic aromatic hydrocarbon, PAH)與DNA加成物深感興趣,目前他和唐德良正在研究那些暴露在銅梁縣發電廠廢氣的兒童,測量他們白血球中的PAH-DNA加成物含量。PAH是由有機物燃燒未完全所產生的龐大化合物家族,來源主要是煤炭,以及其他化石燃料、香菸甚至烤肉。這些化合物是全球分佈最廣、最有害的空氣污染物。裴里拉對PAH最感興趣的是其黏稠的分子結構。許多PAH很容易與DNA形成緊密的共價鍵,與污染物–DNA融合在一起形成的複合物也稱為加成物,在細胞分裂時會干擾遺傳基因組的複製,使得那些會助長或抑制疾病的基因功能產生改變。

威脅銅梁居民的燃煤發電廠等於是座含有各種PAH的火山,而在2004年關閉這座發電廠,就等於在一夜之間改變了這個城市的環境條件,這也使得銅梁在全球的流行病學中成為相當罕見的地點:一個適合用來測量空氣污染前後對身體健康影響的實驗室。這個城市已不復原始的面貌,往來的車輛不再讓街道揚起煙塵,家家戶戶也可以把衣物掛在戶外而不怕白襯衫變成灰色。哥倫比亞大學研究團隊在銅梁各處裝設的空氣污染監控器,證實了在2002~2005年之間,最重要的一類PAH苯並芘(benzo(a)pyrene, BaP)在空氣中的濃度就降低了30%,其他種類的PAH的減少幅度更大。


但裴里拉最感興趣的改變發生在這個城市最年輕的居民身上。2002年起,裴里拉、唐德良與重慶兒童醫院的院長李廷玉,就開始針對距離發電廠兩公里內的450位兒童,檢查他們的DNA,並測量他們的身體與心理發展。研究者的初步分析顯示,在2002年(發電廠運作中)出生的兒童,與發電廠關閉一年後(2005年)出生的兒童相較,不僅頭圍較小,在發展測驗上的得分也較低。這些幼兒在分子階層方面也有差異:比較在2002年出生與三年後才出生的兒童,前者白血球中BaP-DNA加成物的濃度高出40%。


其中最具意義的,可能是2002年出生的兒童體內所測得的BaP-PAH加成物濃度,與頭圍及發展測驗得分之間有密切的關係。換言之,這些兒童的DNA在子宮裡所受到的損害越大,出生時頭就可能越小,也越有可能在運動技能與整體發展測驗上表現較差。在2005年出生的兒童之間,這樣的連結關係較薄弱,顯示在空氣污染物濃度較低時,比較不容易成為風險因子。裴里拉指出,在2005年出生的兒童可能比較不易罹患癌症。他先前的研究即指出,加成物的量與罹癌風險有關。


裴里拉表示,銅梁的資料與她早期在波蘭與美國紐約市所進行的研究顯示,在評估PAH對神經發展的影響上,白血球中的加成物是一項可靠的「生物劑量指標」。根據裴里拉的觀察,若這個想法是對的,在小兒科醫師診斷可能具有發育問題的高危險群兒童時,PAH加成物的測試可望成為必備的工具,以便及早診治。


美國約翰霍普金斯大學的分子流行病學家古柏曼(John D. Groopman)表示,這份比對2002年與2005年出生的兒童的研究,「是重大的發現。確認生物標記的一個重要步驟,就是去證明如果改變了生物標記,便會在健康上呈現某種效應。」


紐約市蒙特費歐里兒童醫院的羅森(John F. Rosen)長期致力於鉛中毒的研究,也曾在中國工作,他表示:「我非常敬佩裴里拉教授的成就。推廣裴里拉的臨床研究成果,勢必將會促進中國與世界其他各地的兒童健康。」…


【欲閱讀更豐富內容,請參閱科學人2008年第79期9月號】


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