硫酸盐缺乏是自闭症的危险因素
理查德·威廉姆斯
自闭症与发育障碍杂志 volume50,pages153–161 （2020）引用本文
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指标details
抽象
这是一项关于自闭症儿童母亲在怀孕期间饮用的水和饮料的研究。材料包括用于水样的小瓶和描述水和饮料的调查。对样品进行硫酸盐测试，并评估平均每日水平的调查。结果对美国选定地区进行了分层。与自闭症发病率低的地区相比，自闭症发病率最高的地区显示出硫酸盐水平较低的趋势（28%硫酸盐，n = 45，p = 0.059）。严重自闭症与低硫酸盐水平相关，而轻度症状与硫酸盐水平较高相关（-0.32相关性，n = 86，p < 0.01）。结果表明，硫酸盐可能有助于降低自闭症的发病率和严重程度。
介绍
自闭症谱系障碍（ASD）影响社交互动，沟通，行为和感官。在美国，根据疾病控制和预防中心的数据，所有儿童的患病率为 1/59，男孩的患病率为 1/37（Baio 等人，2014 年）。尽管强烈怀疑遗传易感性加上环境影响，但原因尚不清楚（Lyall 等人，2017 年）。本研究的目的是评估饮用水和饮料中的硫酸盐水平作为自闭症的危险因素。我们的目标是更好地了解自闭症的原因并阐明可能的预防措施。
自闭症的一个特征是硫代谢功能失调。特别是，硫的氧化物涉及：二氧化硫，亚硫酸盐和硫酸盐\（\left（{{\text{SO}}_{2} ，\;{\text{SO}}_{3}^{2 - } \;{\text{and}}\;{\text{SO}}_{4}^{2 - } } \right）\）.硫酸盐可以直接摄入，也可以作为转硫途径的最终产物生产。在该途径中，氨基酸蛋氨酸贡献二氧化硫和亚硫酸盐，最终被亚硫酸盐氧化酶氧化成为硫酸盐。一项英国研究报告，自闭症患者的尿液含有50倍的亚硫酸盐和两倍于神经型的硫酸盐（Waring和Klovrza 2000）。在亚利桑那州的一项研究中，调查了自闭症患者队列中的血硫酸盐水平，非自闭症患者的游离硫酸盐为35%，总硫酸盐为72%（Adams等人，2011）。此外，法国一项关于鼻干细胞的研究发现，在一小群（n = 91/11）的自闭症参与者中，12%的钼辅因子硫化酶或醛氧化酶基因（MOCOS或AOX）的表达降低（Feron等人，2016）。这两个基因都是钼辅因子途径的一部分，负责亚硫酸氧化酶等。如上所述，亚硫酸盐氧化酶产生受损导致亚硫酸盐增加。
硫酸盐是一种常见的营养素，在各种化学过程中发挥作用，包括重要器官组织结构的发育。在人类怀孕期间，母亲循环硫酸盐水平在最后三个月翻倍。这突出了硫酸盐在胎儿发育中的重要性（Dawson等人，2015）。特别是，硫酸乙酰肝素对于神经元调节至关重要。在对硫酸乙酰肝素合成受损的小鼠的研究中，导致与自闭症相似的症状，包括社交互动障碍，重复行为表达和发声困难（Irie等人，2012）。在人类中，对年轻人死后脑组织的检查显示，与神经典型患者相比，自闭症患者的硫酸乙酰肝素水平降低（Pearson等人，2013）。最后，硫酸盐支持磺化和磺基转移酶，有助于去除异生素和某些药物。通过磺酸盐中间体3′-磷酸腺苷5′-磷酸硫酸盐（PAPS），硫酸盐附着在不需要的化学物质上，增加水溶性以促进去除（Gamage等人，2005）。如果没有足够的硫酸盐，发育中的儿童可能面临异生素和环境因素的风险增加，需要通过磺化进行代谢。
考虑到硫酸盐的重要性，根据IDEA立法《残疾人教育法》（US DoE 2010）的要求，使用教育部的数据研究了自闭症的患病率。6年，对于11至2010岁的儿童，计算了所有50个州的患病率。自闭症发病率最高的州是明尼苏达州、缅因州、俄勒冈州和康涅狄格州。利率非常低的州包括爱荷华州、科罗拉多州、俄克拉荷马州、蒙大拿州、堪萨斯州和南达科他州。访问了这些州主要城市的水质报告，以获取有关硫酸盐水平的数据。联邦政府不要求硫酸盐报告，并非所有城市都在其年度水资源报告中包含此信息。对于上述十个州，有足够的数据可用，硫酸盐水平以人口作为加权因素取平均值。自闭症发病率高的四个州平均为13毫克/升硫酸盐。六个低发病率的州平均为113毫克/升。这种差异促使我们的研究（Williams 2017）。
方法
我们调查的重点是自闭症儿童的母亲在怀孕期间饮用的饮用水和饮料。为此，我们制作了水包，其中包含两个样品瓶、一张调查表、一份同意书、一份背景说明和一个邮资预付退货箱。参与者是通过Facebook向目标受众（对自闭症感兴趣的成年女性）推送邀请帖来招募的。水包被邮寄给那些愿意提供送货地址的自闭症儿童的人。参与者被指示在怀孕期间对两种最重要的水源进行采样。实际上，这要求他们目前住在他们分娩的同一个地方。在调查中，参与者确定了他们的采样水，瓶装水和饮料，如咖啡，茶，牛奶，葡萄酒，啤酒，果汁和苏打水。他们估计每种液体每天8盎司的玻璃杯数量。最后，他们提供了孩子病情严重程度的估计。
参与者
除了上述筛查（对自闭症感兴趣的成年女性）外，美国境内的三个特定地区也成为目标。这些地区是自闭症患病率最高的8个州，患病率最低的1个州以及西南地区，包括南加州和亚利桑那州中部。如前所述，高流行率州的公共水中硫酸盐含量似乎较低，而流行率较低的州则高得多。我们想确认这种差异，并从自闭症的这两个极点中学到什么。选择西南部是因为它由富含矿物质和硫酸盐的科罗拉多河水提供服务。如果自闭症确实与低水平的硫酸盐有关，那么该地区自闭症儿童的母亲一定避免了高硫酸盐水。如果不是，研究的前提被证明是错误的。表2010总结了这些地区参与者以及整个美国的统计数据。按人口加权的患病率是根据教育部的数据计算的（US DoE <>）。
表1 按区域分列的与会者详情
统计分析
一个重要的考虑因素是目标人群的偏见。参与者通过Facebook以英语招募，并要求阅读并完成两张纸：知情同意表和调查表，包括说明和24个数据输入空间。乍一看，这似乎是一项艰巨的任务，特别是因为这些形式涉及多年前的行为。出于这个原因，除了英语识字之外，由此产生的研究人群似乎在智力或教育方面高于平均水平。很难判断这是否对饮用水或饮料选择产生了重大偏见。然而，由于硫酸盐含量尚未得到充分宣传，我们怀疑任何偏倚都是最小的。
所有收集的数据都存储在Apache软件的Open Office电子表格版本4.1.5中。统计计算由 AVERAGE、MEDIAN 、STDEV、VAR、TTEST、CORREL 和 FORECAST 函数执行。线性回归线、皮尔逊相关系数和原假设概率在结果部分提供。图形是在文字处理器中使用手动输入的值生成的。
硫酸盐测量
使用汉纳仪器HI 96751C型数字光度计分析水样。分辨率为 1 mg/L，精度为读数的 ± 5%。范围为 0 至 150 mg/L，用蒸馏水稀释较高的样品以使其回到范围内。在操作中，用玻璃比色皿中的 10 mL 水样对仪表进行归零。然后加入氯化钡以引起硫酸钡沉淀，使溶液浑浊。测量透光率的下降，然后由板载微处理器用于计算水中硫酸盐的浓度。该方法基于Jackson和McCandless先前在分析生物化学杂志（Jackson and McCandless 1978）中描述的浊度测定。
支持数据
测试水样后，评估调查表以计算参与者实际消耗的水的平均硫酸盐浓度。一个典型的母亲喝几杯自来水或井水，这些水可能是未经过滤或过滤的。反渗透过滤器和多级装置（如零水）几乎可去除所有硫酸盐。简单的碳过滤器，如Brita水罐或冰箱中的碳过滤器，可以减少氯，但硫酸盐几乎保持不变。使用汉纳光度计的测试显示，Brita和GE冰箱碳过滤器去除了6%至9%的硫酸盐。零水如广告所示，将硫酸盐降低到< mg/L.自来水通常补充各种本地和国家品牌的瓶装或调味水。瓶装水的硫酸盐含量通过多种方法测定，包括公布的水质报告（未给出统计数据）或使用汉纳光度计进行样品测试（仅限单个样品）。常见的瓶装水列于表1中。为清楚起见，瓶装水分为两类，由环境保护署（EPA）公布的公共自来水中硫酸盐中位数为2毫克/升（美国环保署24年）。
表2 普通瓶装水和饮料的硫酸盐浓度
该表还包括澳大利亚一项研究（Florin等人，1993年）对饮料的硫酸盐估计值。该表值显示了四个或更多样品的平均值，但由于它们涵盖了一系列产品的饮料，因此差异很大。咖啡和茶的浓度假设它们是用纯净水冲泡的。这对于星巴克和麦当劳等主要咖啡店来说是准确的，因为它们宣传使用高度纯净水。对于家庭酿造，必须将水中的硫酸盐含量添加到咖啡和茶调味的显示含量中。
结果
从2018年3月开始招募参与者进行研究，并于250月评估了最终的水包。最好的反应发生在夏天放学的时候。结果按地区汇总在表<>中。回顾一下，西南地区包括亚利桑那州中部和南加州，两者都由科罗拉多河水和当地水源共同提供服务。对于该地区，硫酸盐水平远高于国家标准，因为科罗拉多河的水通常在<>毫克/升范围内。根据教育部的数据，最低和最高患病率地区分别由自闭症发病率最低和最高的八个州组成。最后，所有地区都与来自该国其他地区的参与者合并，以观察整个美国。
表3 饮用水研究中从母亲那里收集的硫酸盐数据
在表中，每个区域细分为严重性组。严重性评级只是“轻度”、“中度”和“严重”，以及一个区域内所有严重性组组合的一行。严重程度是每个母亲在调查中注意到的主观衡量标准。这不是官方的医学意见，尽管它肯定受到母亲咨询的专业人士的影响。
结果表显示 n 作为每个子组中的参与者数量。自来水列表示报告的自来水或井水的平均硫酸盐浓度，单位为mg/L.水混合物是母亲实际消耗的水混合物的平均硫酸盐浓度。它是基于每种水每天估计的杯数的加权平均值。它与水龙头值不同，因为饮用水通常由瓶装水过滤和/或补充。下面列出了标准差。最终列转换为毫克，作为饮料加水报告的总硫酸盐的单位以及标准偏差。Bev&Water的计算方法是将硫酸盐浓度乘以每种饮料和水类型的饮用量。所有硫酸盐数据点都是n个样品的平均值。
为了更好地理解结果表，注意一些关于水和饮料的事实会有所帮助。2003年EPA报告估计，全国公共供水系统的硫酸盐浓度中位数为24毫克/升。范围相当宽，从零到600毫克/升以上，表明平均值将高于中位数，尽管没有给出估计值。从 2 L 中位公共水中获得的硫酸盐为 48 毫克。咖啡、茶、牛奶和果汁等饮料由美国农业部题为“美国成年人的饮料选择”的数据简报讨论。使用这些信息（但减少孕妇的苏打水和酒精）估计每天从饮料中摄入90毫克硫酸盐（LaComb等人，2011年）。综合起来，138毫克将是典型孕妇从饮料加水中获得的硫酸盐的估计值。
图形形式的结果
结果表最好借助折线图进行可视化。图1绘制了四个研究区域中每个区域的自来水浓度作为自闭症症状严重程度的函数。数据线相距甚远，但不足为奇。西南部显示出相对较高的硫酸盐，仅仅是因为它是由科罗拉多河水提供的，而科罗拉多河水天然富含矿物质。高流行率地区在本研究中报告的硫酸盐值最低，重申了这些州主要城市的水质报告。低患病率区域表示轻度疾病的硫酸盐含量高，更严重的自闭症则急剧下降。而美国作为一个整体显示一个平坦的中档图，与症状严重程度几乎没有明显的关联。
无花果。1
选定地区的自来水硫酸盐水平
图2绘制了孕妇实际消耗的水混合物的硫酸盐浓度。这包括自来水或井水，过滤和未过滤，以及各种瓶装水。同样，四个区域中的每一个都针对自闭症严重程度绘制了图。这些曲线与单独的自来水惊人地不同。四个区域中的三个表明了一种趋势，暗示轻度症状和较高的硫酸盐可能有关。高患病率是异常值，或多或少持平，但处于硫酸盐的低端。数据点的标准偏差如表3所示。
无花果。2
母亲报告的混合水
来自Bev&Water的硫酸盐总和如图所示。3. 这些是参与的母亲喝的饮料、自来水和瓶装水。在这种情况下，硫酸盐不是浓度，而是每天消耗的硫酸盐的毫克重量。它是根据每位母亲报告的8盎司玻璃杯数量计算的，用于各种类型的饮料和水。与前面的数字一样，每个区域都针对自闭症严重程度绘制。所有区域现在都显示出单渗，降低的功能，明显与硫酸盐水平的降低有关。这些关系将在下面的回归分析中进行检查。
无花果。3
母亲报告的饮料加水
回归、相关和比较
绘图数据的出现表明，孕妇消耗的硫酸盐与孩子中自闭症的严重程度之间存在合理的相关性。当然，这个假设需要检验统计显著性。表 4 显示了“饮料加水”图表的相关数据。四个区域中的每一个都以n，数据集的数量以及所有自闭症严重程度的硫酸盐的平均±SD（标准偏差）为特征。然后对数据集执行线性回归，以最小化平方误差的总和。为了执行数值计算，自闭症严重程度按以下方式映射：轻度 = 1，中度 = 2 和严重 = 3。所得的皮尔逊线性相关系数在表中注明为 r，并附有相关强度的描述。在强度列中，p 是相关性是统计机会的结果，因此无效的概率。对于我们研究中的小样本量，p并非微不足道，但在整个美国下降到<1%。
表4 硫酸盐与饮料加水严重程度的相关性
相关性为负，表明硫酸盐与自闭症严重程度呈负相关，硫酸盐越低导致严重程度越高。但是，这种关系并不强，因为相关性通常被评为低。由于数据分布广泛，可以预期得出这样的结果。但考虑到研究中的未知数，即使是低信号似乎也很重要。母亲和孩子的遗传学是完全未知的，除了自闭症导致的概括。没有追踪食物来源的硫酸盐，只追踪饮用水和饮料中的硫酸盐。由于研究中儿童的典型年龄为6岁，因此可能发生了记忆错误。因此，测试的水已经过时了很多年。最后，母亲们报告了典型的水和饮料消费量，这可能是代表性的，但在整个怀孕过程中可能有所不同。在所有这些不确定性下，实际的调查结果出奇地清晰。值得注意的是，这项研究是在四个不同的地区进行的，自来水中的硫酸盐含量差异很大，自闭症的发病率也有很大差异。从本质上讲，这是四项研究合二为一。这四种药物都显示出硫酸盐和自闭症之间的相似相关性。
图表如图所示。4.更好地可视化关系、数据扩散、回归和相关性。这是饮料加水与自闭症严重程度中的硫酸盐图，用于覆盖整个美国的数据。描述了序列 1、2、3 的严重性映射以及单个标准偏差误差带和生成的线性回归线。对于这组 86 个样本，相关性为 r = − 0.32，统计缺陷的概率为 p < 0.01，< 1%。在一张图中，这是我们研究结果的快照。
无花果。4
美国饮料加水的线性回归
韦尔奇不等方差t检验可以应用于自来水，检验区域间硫酸盐差异的统计有效性。为了仅关注水，我们包括自来水中所有报告的硫酸盐值，而不考虑自闭症的严重程度。选择西南地区是因为它与科罗拉多河水和可能的高矿化度有关。我们的调查报告西南硫酸盐平均值为151毫克/升，而其他地区的总和为59毫克/升。这种差异不真实的概率是p = 0.00037，证实了我们假设西南地区的硫酸盐水平高于平均水平。西南地区将在讨论部分进一步研究。
自闭症发病率最低的八个州形成了低患病率区域，该区域报告的自来水硫酸盐平均值为94 mg / L。自闭症发病率最高的八个州形成了高患病率区域，硫酸盐平均值为26 mg / L，仅为低患病率平均值的28%。应用 Welch t 检验，此差值为不真实的零概率为 p = 0.059。虽然处于通常的5%基准的风口浪尖，但考虑到自来水值仅代表可用的水，而不是实际消耗的水混合物，这是硫酸盐重要性的指标。值得注意的是，仅使用教育部自闭症数据来选择患病率地区。然而，它们显示出与当地自来水硫酸盐浓度的明确关联。
讨论
几百毫克硫酸盐的不足怎么会对孕妇的饮食产生任何影响？医学文献中有一些线索。在Waring19年前的英语研究中，对自闭症患者的尿液进行了分析，并与神经典型进行了比较。结果显示自闭症尿液含有6800 uM硫酸盐，而正常读数为3000。假设每日尿排出量为1.4升，自闭症患者尿液中额外的硫酸盐为每天510毫克。这表明自闭症患者的组织可能缺乏硫酸盐。亚当等人（2011）在亚利桑那州的研究证实了这一假设，该研究表明血液水平低于正常水平，游离硫酸盐仅为35%。请注意，饮用水中的硫酸盐通常以游离离子的形式存在，这正是自闭症患者似乎所缺少的。
低血硫酸盐加上尿中高水平可能是由于肾脏重吸收不良。Waring指出，肾脏的近端小管含有硫酸盐重吸收所必需的转运蛋白。这些转运蛋白的丢失导致肾硫酸盐消耗和血硫酸盐水平降低。特别值得一提的是两种蛋白质，NaS1（硫酸钠共转运蛋白SLC13A1）和SAT1（阴离子交换剂SLC26A1）。它们位于肾脏中，将硫酸盐从顶膜的尿液中移出，然后在基底外侧膜处返回血流。有趣的是，NaS1的表达受维生素D的调节。在对维生素D水平降低的VDR敲除小鼠的研究中，尿硫酸盐排泄增加了42%，血清硫酸盐减少了50%（Bolt等人，2004）。由于维生素D缺乏症很常见，影响41.6%的美国人口，如2005/2006年国家健康和营养检查调查所示，它可能是硫酸盐水平功能失调的环境因素（Forrest和Stuhldreher 2011）。从维生素D对皮肤阳光照射的依赖中获取线索，麻省理工学院的研究人员注意到自闭症与怀孕晚期可用的阳光之间存在联系。如果出生时间在冬末或早春，当可用阳光水平较低时，北纬地区的怀孕患自闭症的风险更大（Hartzell和Seneff 2012）。
水中的硫酸盐缺乏是自闭症的重要环境诱因吗？这是本研究背后的问题。选择西南地区是因为它有可能反驳硫酸盐的重要性。南加州和亚利桑那州中部都有科罗拉多河的水，富含硫酸化矿物质，但它们在自闭症患病率方面处于中等水平。从自来水来看，西南地区的参与者报告的平均浓度为151毫克/升硫酸盐。正如预期的那样，这是相当高的。但母亲们消耗的水混合物只有40毫克/升，只有水龙头的26%。这为硫酸盐的重要性提供了支持。回想起来，人们可能会认为矿物质含量高的水缺乏泉水的新鲜味道，这可能会导致被纯净水广泛取代。
瓶装水是一种有趣的现代现象，在70年前很少见，当时自闭症几乎不为人知，但在当今世界非常普遍。如果西南地区的参与者拒绝瓶装水，而是喝2升当地的自来水，他们的饮食中就会添加222毫克硫酸盐。瓶装水并不是现代世界减少硫酸盐的唯一因素。自1972年《清洁水法》颁布以来，美国环保署一直负责清理美国的公共用水。显然，这对国家有利，因为它最大限度地减少了对健康构成危害的微生物和毒素。当然，经过清洁以含有较少污染物的水自然会含有较少的硫酸盐。在考虑低硫酸盐供应对自闭症的潜在作用时，一些自来水和大多数纯净瓶装水的硫酸盐含量降低可能是相关的。
可以采取许多简单的步骤来扭转这一趋势并增加孕妇饮食中的硫酸盐。如上所述，如果当地的自来水富含矿物质，则可以使用它来代替纯净的瓶装水。如果味道是一个问题，使用像Brita这样的简单碳过滤器可以有效地改善风味，同时保持硫酸盐基本完好无损。如果当地自来水硫酸盐含量低，可以用瓶装矿泉水代替。一个有趣的选择是佩莱格里诺，因为它在每升瓶中提供 408 毫克硫酸盐。目前，它由雀巢食品公司拥有，并在全球范围内广泛使用。表 2 中列出了矿泉水的许多其他选择。
硫酸盐补充剂价格低廉。最常见的是亚铁和硫酸锌的七水合物版本。硫酸亚铁通常以65毫克铁的强度出售，提供112毫克硫酸盐。硫酸锌通常以50毫克锌的强度出售，产生74毫克硫酸盐。然而，它们提供的铁或锌的每日价值约为每日价值的三倍，这可能会限制它们的实用性。另一种选择是用于饮用和沐浴的泻盐（硫酸镁）。四分之一水平的茶匙（1.33克）的普通七水合物版本产生518毫克硫酸盐和131毫克镁。当溶解在2L纯净水中时，会产生硫酸盐浓度与科罗拉多河相似的矿化水。为了规避消化问题，可以在洗澡水中加入泻盐。据报道，透皮吸收会增加体内硫酸盐水平（Adams 等人，2018 年）。当然，怀孕期间服用的所有补充剂都应得到医生的批准。
一些食物含有大量的硫酸盐，可能是增加饮食中硫酸盐的自然选择。表5列出了消化时膳食硫酸盐含量最高的食品和饮料。这些数据来自Florin的研究，该研究使用酸水解来模拟胃酸来制备样品。表格条目“参考值为24毫克/升”是指EPA公布的公共水中硫酸盐中位数。使用自来水，瓶装矿泉水和精选食物或饮料的组合，弥补自闭症患者尿液中测量的额外510毫克硫酸盐并不困难或不方便。
表5 膳食硫酸盐含量高的食品和饮料
本文描述的饮用水研究针对的是怀孕期间消耗的水和饮料，这是大脑发育的关键时期。当然，幼儿的饮食也很重要。这就是为什么跟踪母亲使用的水混合物的硫酸盐浓度的原因。这是家庭其他成员（包括婴儿和发育中的
