多环芳烃（polycyclic aromatic hydrocarbons, PAHs）是一类广泛存在于生活和职业环境中的持久性有机污染物，美国环保署选择了具有致癌性和致突变性的16种PAHs作为优先控制污染物。课题组前期研究发现，暴露于16种PAHs的焦炉工出现认知功能下降，其严重程度与PAHs的暴露水平密切相关，但作用机制不十分清楚^[1-3]。脑源性神经营养因子（brain derived neurotrophic factor, BDNF）是在中枢神经系统内含量最高的一种神经营养因子^[4-5]，参与神经细胞的存活、分化发育，海马神经发生和突触可塑性等重要的生物学过程^[6]，是调节认知功能的必需因子^[7]。人群研究表明，阿尔茨海默症患者血浆BDNF水平的下降与大脑神经元退化的程度呈正相关^[8-9]。研究认为，人体血浆BDNF与大脑BDNF水平呈高度的正相关^[10]，一定程度上外周血中BDNF水平可以反映脑中的BDNF水平^[11]。一项出生队列研究表明，脐血中PAH-DNA加合物含量与BDNF含量呈负相关，且BDNF可能是PAHs的一个潜在重要靶点^[12]。但是目前关于BDNF在PAHs与认知功能障碍间所起的作用尚不清楚。中介效应是指自变量X通过中介变量M对应变量Y产生一定影响的过程，它可以分析变量间影响的过程和作用机制，相比单纯分析自变量对应变量影响的同类研究能更好地从人群研究水平探讨BDNF在PAHs与认知功能障碍关联中的可能作用机制，为预防职业PAHs暴露致人群认知功能障碍的发生提供一定的科学依据。

本研究以山西省太原市某大型企业旗下焦化厂及能源动力厂作为研究对象，该焦化厂目前拥有三座微负压焦炉，其碳化室高达7.63 m，焦炭年产量220万t。2018年实施焦炉烟道气脱硝升级改造，有效地控制了生产环境中二氧化硫、氮氧化物、颗粒物的浓度，检测结果均符合行业标准要求。因此，PAHs职业暴露仍是焦炉工面临的主要威胁。能源动力厂距离焦化厂4.6 km，且动力厂主要负责水动工程，生产过程并不接触PAHs，故选做本研究的对照组。

选取能源动力厂工人（对照组）及焦化厂工人（暴露组）作为研究对象，按照1∶1配对设计样本量公式计算，控制年龄、教育程度、吸烟习惯三项混杂因素，ɑ=0.05（双侧）， $\beta $ =0.10，根据暴露比例及估计RR值，计算出暴露组样本量102人，考虑到人群配合程度及现场条件等不可控因素影响，最终确定138对工人为最终研究对象。

纳入标准为：在岗职工，年龄23岁以上，工龄1年以上；家庭住址在距焦化厂2.5 km以外的上风向区域；经本人同意并签署知情同意书。对照组除上述标准外，还要求至少3个月未到过焦化厂，无职业性接触PAHs。排除标准为：1）可能患有影响认知功能的脑部疾病者；2）可能患有影响认知功能的全身性疾病或异常者；3）可能患有影响认知功能，与炎症有关的病痛和职业中毒史者；4）患有经正规医院诊断为神经精神系统疾病者；5）评估前2周内服用可能干扰免疫系统和神经系统功能药物者；6）评估前2月内出现重大生活变故者，如亲友离世或患重病，家庭分解或发生意外等；7）父母、子女或兄弟姐妹罹患神经精神系统疾病者。两工厂工人入职时认知功能无差异。本研究方案已通过山西医科大学医学伦理委员会批准（序号：2019LL111）。

采用自行设计的问卷调查，收集研究对象的社会人口学特征（性别、年龄、教育程度、婚姻史等）、个人生活习惯（吸烟、饮酒等）、职业史（工龄、接触有害物质种类、个人防护措施等）、用药史、个人疾病史和家族史等；吸烟情况分为不吸烟、吸烟（持续吸烟半年以上，每日至少吸烟1 支）两类，饮酒情况分为不饮酒、饮酒（连续饮酒半年以上，每周至少3次）两类，其他饮食习惯包括腌制食品（次·周⁻¹）及高温油炸食物的食用频率（次·周⁻¹）；另外还调查家庭炒菜或烹饪油炸食物的频率（简称：做饭频率，次·周⁻¹），烹饪时使用的家用燃料（简称：家用燃料）和家庭取暖燃料等。

采用蒙特利尔认知评估（北京版）（Montreal Cognitive Assessment, MoCA）量表评估人群的认知功能。测试时统一导语，每个测试项目均由培训合格的同一个测试者完成，以免造成调查者偏倚。量表共包含视空间执行功能、命名、注意力、语言、抽象能力、延迟回忆、定向力7项，MoCA得分为7项加和；问卷信度采用Cronbach's α系数进行信度分析，Cronbach's α系数为0.719（＞0.7），可认为该问卷内部一致性较好。MoCA得分＜26分者，判定为轻度认知功能障碍（mild cognitive impairment, MCI）^[13]。

收集工人的晨起空腹肘静脉血约4 mL，EDTA抗凝，离心分离血浆，−80 °C冻存用于血浆PAHs及BDNF浓度的测定；另为了测定烟草内暴露水平，收集晨起中段尿约50 mL，测定尿中可替宁浓度。

参照文献^[14]方法检测血中PAHs浓度，采用液-液萃取的方法对血浆进行前处理，气相色谱-质谱联用法上机检测。每20个样品配置2个溶剂对照；每100个样品使用一条标准曲线，相关系数r＞0.999；加标回收率为72.24%~114.89%；相对标准偏差为2.28%~9.87%。内标法定量，检测血浆中16种PAHs的质量浓度（后称浓度，μg·L⁻¹），低于检出限（limit of detection, LOD）者用LOD/ $ \sqrt 2 $ 替代。

按照酶联免疫分析（ELISA）试剂盒说明书，检测血浆中BDNF的浓度（μg·L⁻¹）；采用分光光度法测定尿中可替宁和肌酐的水平，可替宁的水平使用肌酐校正（μg·g⁻¹，以肌酐计）。

服从正态分布的连续变量使用均数±标准差表示，否则使用中位数M及第25、75百分位数（P₂₅，P₇₅）表示；分类变量用n（%）表示。数据录入Epidata 3.1数据库，用SPSS 26.0进行统计分析。服从正态分布的连续变量用配对t检验，非正态分布的数据使用威尔科克森符号秩和检验；分类变量使用卡方检验比较组间差异；多重线性回归和logistic回归分析PAHs水平与MoCA总分的关联。中介效应分析采用SPSS 26.0中的Process插件分析，执行其模型4；采用偏差校正重复抽样4000次的Bootstrap法进行中介作用检验回归系数并计算95%置信区间。缺失值采用均数补缺。所有统计分析均采用双侧检验，检验水准α=0.05。

在匹配了年龄、文化程度、吸烟情况后，两组工人间体重指数（body mass index, BMI），工龄，饮酒情况，婚姻情况，油炸、腌制食品食用情况，做饭频率及取暖燃料使用情况的差异均无统计学意义（P＞0.05）（表1）；两组工人尿中可替宁水平、家用燃料使用情况差异有统计学意义（P＜0.05），提示体内烟草烟雾及燃烧产物暴露水平有差异。

暴露组血浆中有10种PAHs检出率在80%以上，对照组血浆中有2种PAHs水平检出率在80%以上。其中苯并(a)蒽(BaA)、䓛(CHR)、二苯并(a, h)蒽(DHA)及苯并(g,h,i)苝(BGP)4种物质检出率在两组中均低于50%，由于其检出率过低，故本研究重点分析其余12种PAHs。除萘（NAP）和茚苯并（1,2,3-cd）芘（ICP）外，暴露组工人血浆中总PAHs（Σ₁₂PAHs）以及其余10种PAHs浓度均高于对照组，差异均有统计学意义（P＜0.05）（表2）。Σ₁₂PAHs与各种PAHs之间存在较好的相关性（r=0.231~0.901，均P＜0.05）。

与对照组比较，MoCA量表总分及各项得分中，暴露组工人总分、视空间执行功能、语言、抽象能力、延迟回忆均低于对照组，差异有统计学意义（P＜0.05）；命名、注意力、定向力三项无差异（图1A）。

在调整了工龄、文化程度、食用腌制食品情况、做饭情况这些混杂因素后，暴露组在总分、视空间执行功能、命名、注意力、语言、抽象能力、延迟回忆上得分均低于对照组，差异有统计学意义（P＜0.05）；暴露组工人在定向力上与对照组工人无差异（P＞0.05）（图1B）。MoCA量表总分与各项评分间也存在较好的相关关 系（r为0.149~0.665，P＜0.05）。

将两组数据合并，Spearman相关分析显示，PAHs水平与MoCA总分呈负相关（r=−0.160，P＜0.01）。以MoCA总分为应变量，Σ₁₂PAHs为自变量，调整了协变量后，多重线性回归模型分析结果表明，血浆中Σ₁₂PAHs每增加1 μg·L⁻¹，MoCA得分降低0.020分（表3）。按工人血浆中Σ₁₂PAHs水平的三分位数间距（8.31, 23.76）μg·L⁻¹为界，设置三个哑变量，低（＜P₃₃）浓度组为参照，中（P₃₃~P₆₆）、高（＞P₆₆）浓度组代入多重线性回归方程中，结果表明，相对于Σ₁₂PAHs低浓度组，高浓度组MoCA得分下降，其b(95%CI)为−1.167(−1.866 ~ −0.467)。按照MoCA＜26分将研究对象划分为MCI组和非MCI组，非条件二元logistic回归分析结果表明，调整了协变量后，血浆中Σ₁₂PAHs高浓度组发生MCI的风险是低浓度组的2.635（95%CI：1.085~6.398）倍（图2A）。

暴露组工人BDNF浓度为(29.99±9.80) μg·L⁻¹，与对照组BDNF浓度[(31.48±9.09) μg·L⁻¹]相比，差异无统计学意义（P＞0.05）（图2B）。单因素方差分析结果表明，Σ₁₂PAHs高浓度组工人血浆BDNF水平低于Σ₁₂PAHs低浓度组的（P<0.05）（图2C）；BDNF高浓度组（>33.43 μg·L⁻¹）工人的MoCA评分高于BDNF低浓度组（<26.65 μg·L⁻¹）的（ P＜0.05），而中浓度组（26.65~33.43 μg·L⁻¹）与低浓度组的MoCA无差异（图2D）。

相关分析显示，血浆BDNF水平与Σ₁₂PAHs呈负相关（ r=−0.173，P＜0.05）。MoCA评分与血浆BDNF水平呈正相关（r=0.305，P＜0.05）。将BDNF作为自变量纳入方程，协变量不变，多重线性回归模型分析结果表明，工人血浆BDNF浓度与MoCA得分呈正相关，工人BDNF水平每增加1 μg·L⁻¹，其MoCA得分增加0.066分（P＜0.05）（表3）。

基于2.4分析结果，在调整工龄、吸烟、饮酒、教育程度、食用腌制食品频率、做饭频率及做饭使用的家用燃料这7个混杂变量的情况下，以血浆Σ₁₂PAHs水平为自变量（X），血浆BDNF水平为中介变量（M），MoCA得分为应变量（Y）进行中介效应分析。结果提示BDNF具有PAHs与MoCA评分关联的中介作用（见图3）。Σ₁₂PAHs对MoCA评分的总效应为−0.020（−0.035 ~ −0.004），中介效应为−0.009（−0.191 ~ −0.002），中介效应占45.50%。提示体内总PAHs浓度每增加1 μg·L⁻¹，MoCA评分降低0.020分，其中45.50%是通过BDNF途径实现的。

本研究发现，与对照组相比，暴露组工人血浆PAHs水平增高，BDNF水平下降，认知功能评分降低，血浆PAHs水平与MoCA总分呈负相关，血浆BDNF水平与MoCA总分呈正相关，且均有一定剂量效应关系。中介效应分析表明，PAHs可能通过降低血浆BDNF水平介导认知功能障碍。该研究从人群研究角度为PAHs暴露致认知功能障碍的机制研究提供了必要的数据支持。

目前多数研究通过检测尿中PAHs羟基代谢产物（polycyclic aromatic hydrocarbons hydroxyl metabolites, OH-PAHs）的水平来反映PAHs的生物暴露水平，也有对血浆PAHs水平的检测报道。由于血浆是评价PAHs暴露最直接的途径^[15]，相比于尿中OH-PAHs的水平而言，血浆中PAHs水平能更好地反映PAHs长期暴露水平^[16]。本研究比较了两组工人外周血浆中检出率高于50%的12种PAHs的水平，发现除萘（NAP）和茚苯并（1,2,3-cd）芘（ICP）外，暴露组工人血浆中其余10种PAHs水平均高于对照组，与现有研究报道一致^[17-19]。

MoCA与简易智力状态检查量表（Mini-mental State Examination，MMSE）是目前应用较为广泛的认知障碍筛查量表。有文献表明MMSE有较好的信度，但此量表对严重认知功能障碍及痴呆的患者较为合适，而MoCA量表简单易用，筛查非阿尔茨海默病痴呆以及认知功能障碍的敏感性更高^[20]。本研究采用MoCA量表来评价认知功能，发现职业性PAHs暴露是该暴露组工人MoCA下降的影响因素（b=−0.020，95% CI：−0.035~−0.005）。也有研究表明，某焦化厂工人MoCA总分低于对照组（25.72 vs.26.40，P<0.001），且职业暴露PAHs与工人认知功能之间存在负相关关系^[21]，与本研究结果一致。课题组前期研究也提示，职业暴露PAHs的焦炉工出现认知功能下降，严重程度与PAHs的暴露水平密切相关^[3，22]。以上研究报道均与本次研究得出的结果一致，表明PAHs暴露是导致人群认知功能障碍的重要危险因素。

BDNF是由脑中神经元合成和分泌，与酪氨酸激酶受体B结合，调控下游一系列信号途径，参与神经细胞的存活、分化发育、轴突和树突生长与成熟、突触可塑性以及认知功能等重要的生物学过程^[23]。本次研究结果表明，两组工人血浆PAHs水平与血浆BDNF水平之间存在负相关关系，且随着BDNF水平降低，MoCA得分也降低。中介效应模型能够反映变量间复杂的相关关系，一定程度上揭示了其内在机制^[24]，为人群横断面研究中进行机制探讨提供了有力的研究工具。本研究通过中介效应分析获得BDNF是连接PAHs暴露和MoCA得分的中介因子，即焦炉工人职业暴露于PAHs，可能引起血浆BDNF水平下降，同时工人MoCA得分下降，出现认知功能障碍。纽约市一项出生队列研究表明，胎儿脐血中PAHs水平与脐血BDNF水平、婴儿智力发展指数（Mental Development Index, MDI）呈负相关，脐血BDNF水平与MDI评分呈正相关，表明PAHs暴露可能对胎儿早期神经发育产生不利影响，部分原因可能是胎儿脐血中BDNF水平降低^[25]，与本研究结果一致。此外，动物实验研究也发现，随着BaP染毒剂量增加，各剂量组小鼠皮质总BDNFmRNA及蛋白表达逐渐降低且小鼠认知功能也随之下降^[26]。另一项研究中，在孕期第17天开始给母鼠腹腔注射BaP染毒，每天1次，连续3 d，子代出生第33天时血浆BNDF水平降低，学习记忆功能也受到严重损伤^[27]。以上结果均提示，BDNF在PAHs暴露致认知功能障碍过程中起到重要的作用，是一种关键的中介因子。

本研究通过中介效应分析，揭示血浆BDNF水平是PAHs暴露致认知功能障碍中的中介变量，为探究PAHs暴露与认知功能障碍发生间的联系提供了依据。同时本研究通过匹配的方式均衡了组间混杂因素的影响，提高了研究效率和结果的可信性。本次研究重点关注了PAHs暴露对认知功能障碍的影响，并没有考虑工作场所中其他职业性有害因素如二氧化硫、氮氧化物以及高温、噪声等因素的影响，这将在后续研究中全面综合考虑。本研究采取横断面调查研究方法，无法说明暴露PAHs与工人认知障碍之间存在因果关系，后续需要队列研究进一步论证。