研究背景：　　环境是人类赖以生存和发展的物质基础，生殖健康则是人类得以生生不息、繁衍至今的重要保障。然而随着全球气候变化和现代工业化、机械化的发展，已使得当前大气污染物，如颗粒物（PM）、二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOx）和臭氧（O3）等浓度达到了前所未有的严重程度。在过去的二十年中，已有多项研究指出大气颗粒物暴露会引起男性精液质量降低，还会造成精子染色质不稳定性增加，甚至其暴露可在较短时间内引起人类生育力的下降。据世界卫生组织（WHO）统计，目前世界范围内约有10%的育龄夫妇不能生育，而其中不育的原因归咎于男方的约占不育夫妇的40%左右。国家计生委对1981～1996年间公开发表的全国39个市县共11726人次的精液数据进行分析，发现我国男性精液量以每年1%的速度下降，精子数量的降幅达40%以上。我国多地男性精液质量调查也发现精液体积、浓度、精子活力和精子活率等有明显下降趋势。精液质量与人类的生殖繁衍密切相关，然而与精液质量现状相应的是不孕不育发生率居高不下。当前关于大气污染与生殖健康的研究当中，有较充分的证据指出其可能导致男性精液损害。因此，开展深入研究探明大气污染物暴露对生殖内分泌系统健康的影响，维护男性生殖健康，事关家庭幸福、社会稳定和国家的未来。　　本课题组多年来一直致力于重庆市及三峡库区环境污染物对人群健康，特别是男性生殖健康的影响研究。前期研究发现，重庆地区正常男性人群中有61.1%至少有一项精液质量参数低于WHO的参考值。此外环境多环芳烃暴露会导致男性精子DNA损伤，加速精细胞凋亡。因此本研究拟选择重庆为研究现场，回顾性分析2007年课题组在三峡库区6个区县开展的男性生殖健康现况流行病学调查，研究重庆地区大气污染状况，以及城市与农村地区不同的污染物暴露程度对成年男性精液质量的影响；进一步以课题组正在开展的大样本环境对男性生殖健康损害的队列研究为基础，研究不同粒径大气颗粒物PM10、PM10-2.5和PM2.5暴露与男性精液质量的关联。最后通过采集大气环境中颗粒物进行成分分析，研究颗粒物的重要污染组分PAHs在大气中的污染分布特征；同时对志愿者尿中PAHs代谢产物浓度与精液质量、精子DNA损伤和血清性激素水平进行关联分析，从内、外两方面探讨PAHs暴露对男性生殖内分泌系统产生的不良影响。　　研究内容：　　1.重庆城市和农村地区大气污染物暴露对男性精液质量的影响研究。　　为了探究重庆地区城乡不同大气污染状况对男性精液质量的影响，通过对课题组开展的三峡库区男性生殖健康流行病学调查进行回顾性分析，调查了重庆市区和农村三种主要大气污染物PM10、SO2和NO2的分布情况，以及大气污染与精液质量的关联，探讨大气污染对男性精液质量的影响。2007年课题组在三峡库区重庆段的上、中、下游，选取了在人口学和地理位置上具有代表性的六个区（南岸区，沙坪坝区、万州区、忠县，云阳县和巫山县）作为研究现场，一共采集了1346例健康成年男性的精液标本，以及重庆市2007年1月至2007年12月各区市县三种主要大气污染物PM10、SO2和NO2等的浓度数据。1346名受试者的根据所在地区分为城市和农村组。通过对城乡进行分组研究，调查重庆城市和农村地区大气中主要污染物PM10、SO2和NO2的分布情况，研究大气污染与精液质量的关联，探讨大气污染对两个地区男性精液质量的影响。　　2.重庆市大气颗粒物暴露对男性生殖及内分泌系统影响的研究。　　以我室建立的重庆大学生男性生殖健康队列(MARHCS)研究为基础，通过对重庆市大学生因学习期间校区搬迁而自然暴露于不同PM水平的情况开展了追踪调查，研究三种不同粒径大小的颗粒物（PM10、PM10-2.5和PM2.5）长期暴露与男性生殖健康的关联。2013年完成基线调查，共有796名志愿者纳入研究，并于2014年和2015年分别随访两次。按照WHO（第五版）《人类精液检查与处理实验室手册》要求，采用计算机辅助精子分析（CASA）系统检测精液常规参数，包括精液量、精子密度、精子总数、精子活力以及精子活率；采用精子染色质结构分析（SCSA），检测精子DNA损伤指标DFI和HDS；采用免疫分析系统检测研究对象六项血清性激素（卵泡刺激素、促黄体生成素、雌二醇、孕酮、睾酮以及泌乳素）水平。收集研究期间的地面气象资料（如日均气压、日最低气温、日相对湿度和风速等），以及大气颗粒物PM10、PM10-2.5和PM2.5的24小时平均暴露数据，以精液标本采集前90天的污染物平均浓度作为暴露的指标，分析三种不同粒径大气颗粒物PM10、PM10-2.5和PM2.5的污染程度，并采用多元回归分析和混合效应模型评价不同粒径PM暴露与精液质量的关系。　　3.大气颗粒物重要组分多环芳烃暴露水平与男性生殖损伤的关联性研究。　　在前期工作已经发现PAHs暴露与男性精子DNA损伤相关的基础上，为了充分证明PAHs暴露与男性生殖损伤的关系，在本课题组建立的重庆大学生男性生殖健康队列（MARHCS）研究为基础，参照WHO（第五版）《人类精液检查与处理实验室手册》检测精液常规参数，指标包括精液量、精子密度、精子总数、精子活力以及精子活率；采用精子染色质结构分析（SCSA），检测精子DNA损伤；采用免疫分析系统检测研究对象六项血清性激素（卵泡刺激素、促黄体生成素、雌二醇、孕酮、睾酮以及泌乳素）水平。一方面对大气颗粒物进行采样，采用GC-MS检测颗粒物中16种优控PAHs的含量，分析PAHs的分布及污染特征，评估PAHs在大气中的暴露程度，另一方面采用高效液相色谱-串联质谱法（LC-MS/MS）检测了研究对象尿液中8种PAHs代谢产物的浓度，包括1-羟基萘、2-羟基萘、1-羟基菲、2-羟基菲、3-羟基菲、4-羟基菲、2-羟基芴和1-羟基芘等，以评价PAHs的内暴露程度。从内、外两方面全面系统的评价PAHs暴露对男性生殖健康的影响。　　研究结果：　　1.重庆城市和农村地区大气污染物暴露对男性精液质量的影响研究。　　通过回顾性分析调查了2007年重庆市区和农村三种主要大气污染物PM10、SO2和NO2的污染情况。2007年，重庆城市地区PM10、SO2和NO2的年平均浓度分别为112.6μg/m3，69.2μg/m3和42.4μg/m3；农村地区的PM10、SO2和NO2的年平均浓度分别为88.8μg/m3，24.7μg/m3和21.9μg/m3。本研究发现城市大气污染物PM10、SO2和NO2的浓度显著高于农村地区。另一方面，农村地区男性的精液质量，特别是精子形态以及精子活力等指标显著好于城市人群。通过对PM10、SO2、NO2浓度与精液质量的回归分析表明，大气PM10、SO2和NO2的浓度都与精子正常形态率呈负相关（β=-0.212，-0.378-0.381，P＜0.001），此外精子运动参数VCL和VSL也与PM10、SO2和NO2的暴露呈显著负相关（P＜0.001）。基于以上研究结果，我们推测城市地区较重的污染可能是导致城市男性精液质量下降的原因。　　2.重庆市大气颗粒物暴露对男性生殖及内分泌系统影响的研究。　　在本课题组建立的重庆大学生男性生殖健康队列（MARHCS）研究中，连续三年对该人群跟踪调查，共采集了三次共计2020份精液、血液和尿液标本。在多元回归分析中，PM10，PM10-2.5和PM2.5暴露与精子浓度、精子形态、精子高DNA着色性（HDS）、血清雌二醇和睾酮水平相关。而进一步的混合模型结果发现，PM10暴露水平与精子正常形态率呈负相关（95%CI：-14.13，-24.47），与精子活力呈正相关（95%CI：23，8.49）；PM10-2.5暴露水平与精子浓度呈负相关（95%CI：-9.06，-27.31）。处于中等PM10暴露程度中的男性与在处于较低PM10暴露水平的男性相比，其精子密度要低13.6%（95%CI：-5.87，-20.69），精子正常形态率低19.5%（95%CI：-14.13，-24.47）。而PM10-2.5暴露程度最高的男性与暴露程度最低的相比，其精子密度降低了18.7%（95%CI：-9.06，-27.31），精子总数降低了14.5%（95%CI：-2.87，-24.65）。经过多重检验校正之后，我们仍然发现PM10和精子正常形态率之间的显著负相关，与精子活力呈正相关；PM10-2.5与精子密度显著负相关；PM2.5暴露则与精子参数和血清激素无关。我们的研究结果表明，不同的PM污染物对精液质量的影响不同，大气可吸入颗粒物PM10和PM10-2.5暴露是精液质量的危险因素。　　3.大气颗粒物重要组分多环芳烃暴露水平与男性生殖损伤的关联性研究。　　研究结果显示，大学生人群中未发现8种尿PAHs代谢物与精液质量和血清性激素之间的相关性。本研究中研究对象的尿中PAHs代谢产物的浓度水平显著低于其他研究人群。2013年研究对象1-OHPyr的平均浓度0.083μg/gCR，2014年为0.049μg/gCR。从大气颗粒物中PAHs的采样结果来看，2013年PAHs的分布特征和变化趋势较2014年不同。2013年在虎溪大学城校区共采集颗粒物样品34个，其中16种PAHs只检出11项，其中萘、菲、芘、荧蒽等物质的浓度较高，以萘的含量最高，其次为菲。而2014年则发现高分子量多环芳烃的含量相对较高，两个采样点最大含量的化合物均为茚并(1,2,3-cd)芘，其次为苯并[ghi]苝，萘、苊、芴等低分子量芳烃的含量相对较低。从来源解析结果说明重庆大气颗粒物中PAHS从以燃煤为主的低分子量多环芳烃为主转变为以机动车尾气排放导致的高分子量多环芳烃为主。2014年大气中BaP平均浓度为0.16ng/m3，显著低于国家和WHO标准，说明重庆市大气中PAHs浓度较低，人体通过大气暴露PAHs的健康风险处于安全水平。　　研究结论：　　本研究在重庆城乡不同地区的比较研究中发现，城市中大气污染物PM10、SO2和NO2的污染程度显著高于农村地区，而农村地区男性的精液质量较城市地区男性好。此外，分析发现PM10、SO2、NO2浓度与男性精子形态与运动参数均有显著的负相关关系，说明较重的空气污染可能是导致城市男性精液质量下降的原因。　　既往的大量报道集中于可吸入颗粒物（PM10）和细颗粒物（PM2.5）对生殖系统的损害作用，本研究通过三年的随访调查，首次发现了粗颗粒物PM10-2.5对男性精液质量的影响。不同的大气颗粒物对男性生殖内分泌系统的影响作用不同，PM10暴露与精子正常形态率呈显著负相关，PM10-2.5暴露与精子密度显著负相关，说明PM10和PM10-2.5暴露可能是男性生殖健康的影响因素，进一步突出了颗粒物污染防治的迫切需要。　　在多环芳烃暴露与男性生殖损伤的关联性研究中，发现研究对象的尿中PAHs代谢产物的浓度水平显著低于其他研究人群，PAHs代谢产物与精液质量、精子DNA损伤以及血清性激素等参数均无相关性。对大气颗粒物中PAHs进行成分解析后发现，重庆大气颗粒物中PAHS的分布特征从以燃煤为主的低分子量多环芳烃为主转变为以机动车尾气排放导致的高分子量多环芳烃为主。但总体来说重庆市大气中PAHs浓度较低，人体通过大气暴露PAHs的健康风险处于安全水平。该研究结果提示多环芳烃环境暴露对普通男性生殖内分泌系统的影响可能比较轻微。