環境多重化學毒物暴露的交互作用對管制標準每日耐受量TDI的可能影響─以三聚氰胺與塑化劑的共暴露為例

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隨著科技進步，新興化學物質充斥於日常生活環境中，雖然為生活帶來許多便利，卻也隱藏著許多潛在的健康風險；許多在環境中的化學物質暴露劑量，往往因依據初步的動物實驗與毒理分析結果推估至人類，並認為在低量環境暴露下是安全的，而容易被大家忽視。然而，暴露與健康相關效應是需要經過一段時間的累積暴露，並經由環境流行病學的研究驗證後，才會慢慢地浮出受到新聞媒體與社會大眾的關注與重視。例如：過去曾經發生的二件重大食品安全事件，2008年中國大陸的毒奶粉事件以及2011年台灣的起雲劑人為食品污染事件，的主角為三聚氰胺（Melamine）與塑化劑（Phthalates，特別是DEHP（塑化劑鄰苯二甲酸2-乙基己酯））。雖然此二大事件的暴露劑量相對高，有別於日常生活的低劑量環境暴露情境，但最近國內諸多研究團隊已陸續發現，低劑量環境暴露對人體健康效應的衝擊。

國際每日耐受量（TDI）標準現況
本院群體健康科學研究所陳主智研究員團隊與國家環境醫學研究所王淑麗研究員團隊合作，根據122位孕婦與其孩童尿液中DEHP的代謝物濃度與孩童出生後行為異常指標追蹤調查，推導出DEHP的每日耐受量（Tolerable daily intake, TDI）約為6.01μg/kg bw/day [1]，遠較世界衛生組織（WHO）的50μg/kg bw/day，以及美國環保署的20μg/kg bw/day為低。另外，研究團隊也與高雄醫學大學（以下簡稱高醫大）精準環境醫學研究中心吳明蒼執行長的研究團隊合作，根據309位尿路結石的患者尿液中三聚氰胺濃度與早期腎臟傷害生物標記N-acetyl-D-glucosaminidase（NAG）的關係，推導出三聚氰胺的TDI為4.89 μg/kg bw/day [2]，以及293位早期慢性腎臟患者（CKD）腎功能eGFR下降與血清肌肝酸上升變化的長期追蹤，推導出TDI介於0.74~2.03 μg/kg bw/day [3]。相較於WHO和歐洲食品安全局（EFSA）的三聚氰胺的TDI建議管制標準200 μg/kg bw/day與美國FDA的63 μg/kg bw/day，低了10至100倍左右，顯示無論是三聚氰胺或塑化劑DEHP，國際現行TDI建議管制標準都存有很大的下修空間。

以上研究發現所考慮的暴露情境均為單一暴露，可是在實際生活環境中，我們可能同時暴露於多達數十萬種，對健康潛在風險的新興化學物質。雖然在生活環境中單一暴露劑量應不至於對健康產生危害，但對於多重暴露的長期累加效應，以及化學物質之間，有可能產生的交互作用影響的研究資料仍缺乏。目前學界仍致力於研究相關的健康效應潛在的風險，在考慮多重化學物質共暴露的情況下，如何使用流行病學研究的科學證據進行風險評估，制定TDI管制標準；至目前，似乎尚未有具體的規範與研究策略。

以三聚氰胺與DEHP的共暴露為例，推導基準劑量與低基準劑量
近期研究團隊與高醫大研究團隊更進一步的合作，根據已收集1,236位參與台灣婦幼世代研究（Taiwan Maternal and Infant Cohort Study, TMICS）的孕婦，分析其第三孕期的尿液中三聚氰胺與DEHP代謝物濃度共暴露與早期腎臟損傷生物標記NAG、albumin/ creatinine ratio（ACR），以及微白蛋白尿（microalbuminuria）的關係[4]，回推三聚氰胺與DEHP的每日暴露量，並分別用廣義線性模式（generalized linear model, GLM）將主要考量的暴露化學物質（log-transformed）以各種非線性函數轉換，而次要共暴露化學物質（log-transformed）則維持線性函數，並加上一項二者之間的交互作用項。另外，也利用具有彈性的非線性核函數（kernel function）共暴露反應曲面（response surface）特性的Bayesian kernel machine regression（BKMR）模式[5]，建立三聚氰胺與DEHP共暴露與早期腎臟損傷生物標記（包括：NAG、ACR與微白蛋白尿）的劑量反應關係，並比較二種統計模式的分析結果。圖1為利用BKMR模式所推導繪製的三聚氰胺與DEHP共暴露對於這些腎臟損傷生物標記的反應曲面。

圖1：三聚氰胺與DEHP的（取對數）每日暴露量與孕婦早期腎臟損傷生物標記的共暴露反應曲面：（a）NAG；（b）ACR；（c）微白蛋白尿。以BKMR模式估算繪製而得

研究團隊接續推導在單一暴露與共暴露的不同情境下，以基準劑量（Benchmark dose, BMD）的95%下限BMDL作為每日耐受量TDI的參考值，結果顯示，在單一暴露情況下，DEHP暴露對於NAG的TDI為2.61 μg/kg bw/day，而DEHP對於ACR與微白蛋白尿分別為11.20與4.45 μg/kg bw/day，與先前針對不同族群與健康效應所推導的TDI劑量類似；但在考量共暴露的情境下，則會隨著共暴露的劑量上升而相對的TDI則出現逐漸往下修的情況，圖2顯示三聚氰胺與DEHP共暴露情況下，相對於不同的早期腎臟損傷生物標記所推導的BMD與BMDL，會隨著另一共暴露化學物質的暴露劑量百分比上升而逐漸下降。當DEHP（或三聚氰胺）暴露劑量上升至在整體的90%時，三聚氰胺（或DEHP）暴露對於NAG（ACR、微白蛋白尿）的TDI，必須由2.61（11.20, 4.45）μg/kg bw/day，下調至1.46（3.83, 2.73）μg/kg bw/day。因此，在考量多重暴露可能的加乘性（synergistic）交互作用的情況下，TDI的制定標準必須更嚴格以保護社會大眾的健康，免於承受不必要或未知的健康風險。以上研究成果已線上發表於Environmental Research [6]。表1綜合整理三聚氰胺與DEHP的現行國際TDI建議標準，以及根據流行病學與臨床研究數據所推導之BMDL。

圖2：三聚氰胺與DEHP共暴露不同情境下所推導的BMD與BMDL：（a）三聚氰胺對NAG與DEHP暴露百分比；（b）DEHP對ACR與三聚氰胺暴露百分比；（c）DEHP對微白蛋白尿與三聚氰胺暴露百分比。圖中BMD與BMDL曲線分別用GLM與BKMR模式推估而得

表1：三聚氰胺與DEHP國際組織TDI建議標準以及流行病學與臨床研究數據所推導之基準劑量下限BMDL（等同TDI）

a考慮共暴露在90%的DEHP（三聚氰胺）

目前，現行的TDI管制標準仍幾乎全倚賴動物毒理實驗，在嚴格控管的實驗室條件下將實驗動物分組，以單一的化學物質在相對的高劑量暴露情況下進行實驗，找出最小無害劑量NOAEL或BMDL，再除以若干不確定性因子（uncertainty factor），訂定參考劑量（Reference dose, RfD）或TDI；僅有非常少數的RfD是根據流行病學研究數據訂定（如甲基汞methylmercury）。如前所述，在現實生活中我們是身處多重化學物質共暴露的環境，因此目前的TDI管制標準並無法反應共暴露的加乘作用（Synergism）的情況，而這也牽涉到共暴露情況下，暴露反應曲面的複雜度，如圖1所示。雖整體而言，三聚氰胺與DEHP共暴露在相對低劑量範圍為加乘作用，但在高劑量範圍卻未必如此，反而有若干區域呈現擷抗作用（antagonism）（部分原因可能為高劑量暴露的樣本數有限所導致的不確定性）；因此，廣義線性模式GLM的單調遞增的假設，在此處未必成立。

此項研究僅考慮三聚氰胺與DEHP的共暴露，尚有許多如其他塑化劑、農藥、重金屬、阻燃化學物質等可能影響腎臟功能的環境毒物，其與腎臟損傷的生物標記錯綜複雜的關係，並不易以單一的統計模式描述，而這些環境毒物彼此之間可能會因個人生活習慣、環境、化學結構特性等因素有高度相關，更增加高維度的統計分析的困難度。此外，生活型態如飲食、運動、菸、酒等，也都與腎臟功能息息相關，必須全面檢視各種可能的生活型態與環境暴露因子，以及之間可能的交互作用，以探討其與健康效應的相關性（暴露體學（Exposome））。雖然，大數據機器學習方法可初步確認若干最具影響力的環境毒物與風險因子，但並無法量化其對健康效應的潛在風險與解釋可能的機制。因此，如何進一步從多重環境毒物暴露的流行病學研究的相關性發現，實際應用到風險評估的TDI管制標準的制定，仍存在極大的一段遙遠路程的差距，需要更多跨領域的專家學者一起合作努力，共同解決此項挑戰與困難。

參考文獻

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文/圖：群體健康科學研究所陳主智研究員

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