机器学习探索环境激素与乳腺癌的关联模型及饮食健康干预方案研究

《International Journal of Environmental Health Research》：Applying machine learning to explore association models between environmental hormones, breast cancer, and a dietary and health education improvement program: an investigative study

　　本研究创新性地运用机器学习算法，首次系统构建了环境内分泌干扰物（EDCs）与乳腺癌风险的关联模型，揭示了血铅、氯霉素及邻苯二甲酸酯代谢物MEP等关键风险因子（OR值均>3），并基于此开发了具有临床指导意义的饮食与健康教育培训方案，为乳腺癌的早期预防和精准干预提供了新策略。

　　

引言

乳腺癌是全球女性中发病率第二高的恶性肿瘤，约占所有女性癌症病例的15%。近年来，乳腺癌发病呈现出年轻化趋势，即使在没有传统风险因素（如生殖史、家族史）的女性中，病例也日益增多。环境内分泌干扰物（EDCs）是一类能够干扰人体内分泌系统功能的外源性化学物质，广泛存在于日常生活环境中，如产品包装、饮用水、土壤、杀虫剂及室内装饰材料等。常见的EDCs包括重金属（汞、砷、铅等）、双酚A（BPA）、邻苯二甲酸酯、多氯联苯（PCBs）等。研究表明，例如滴滴涕（DDT）暴露与乳腺组织发育异常及乳腺癌风险增加5倍相关，而结构类似雌激素的邻苯二甲酸酯能促进上皮细胞增殖，从而参与乳腺癌的发生发展。尽管多种风险因素已被识别，但其相对贡献度和独立效应尚不明确，机器学习与预测模型的整合应用有助于厘清这些决定因素并量化其影响。

方法论

本研究采用探索性设计，分为两个阶段。第一阶段为数据库建模，基于富佳生物科技股份有限公司授权的689份活检记录数据库，遵循CRISP-DM（跨行业数据挖掘标准流程）框架，进行数据收集、预处理、变量筛选、数据集训练测试、分类建模及模型选择。数据分析涵盖了人口统计学、临床变量、职业因素、生活习惯及饮食模式。环境激素暴露评估通过标准化采集的静脉血和点尿样本来完成，共检测35种生物标志物，包括重金属（Hg、Pb、As、Cd、Ni、Cu、Al、Zn等）、农药、兽药残留（如氯霉素、青霉素）、塑化剂代谢物（如MMP、MEP、MBP）及多环芳烃（PAHs）等，主要使用ICP-MS、LC-MS/MS、GC-MS/MS等高通量分析技术。

第二阶段为临床验证。基于第一阶段模型确定的风险因素，研究制定了“乳腺癌患者生活习惯与环境激素问卷”，并对110名经确诊的20岁以上台湾地区女性乳腺癌患者进行了调查，收集其基本 demographics、乳腺癌类型、生活习惯及环境激素暴露史。数据采用IBM SPSS 25.0进行处理，以探讨亚洲人群中生活方式因素与乳腺癌的潜在关联。研究方案经台北振兴医院机构审查委员会批准。

结果

第一阶段实验室数据分析

数据库包含689条有效记录，参与者年龄范围4-90岁，平均年龄48.03岁。逻辑回归分析显示，乳腺癌与血铅（OR = 3.433, 95%CI: 1.090–10.809）、氯霉素暴露（OR = 4.335, 95%CI: 1.196–15.716）以及邻苯二甲酸酯代谢物MEP（OR = 3.238, 95%CI: 1.039–10.094）显著相关。乳腺相关疾病则与塑化剂代谢物MMP相关。机器学习算法（神经网络、贝叶斯网络、逻辑回归）分析进一步指出，血重金属（锌、铝）、尿重金属（汞、铬）、农药（总磺胺、青霉素）及塑化剂代谢物（MEP、MBP）是重要风险因子。贝叶斯网络的条件概率评估总体预测概率达82.2%。受试者工作特征（ROC）曲线分析显示，神经网络的曲线下面积（AUC）最高（0.658），优于贝叶斯网络（0.522）和逻辑回归（0.503）。

第二阶段乳腺癌病例生活习惯关联分析

110名乳腺癌患者中，以浸润性导管癌（IDC）为主（n=80），首次诊断中位年龄为57岁。问卷结果显示，患者常见生活习惯包括：每周食用海鲜1-3次、频繁食用火锅、常摄入油炸、熏制、烧烤、速食或隔夜/盒饭食品。40.9%的患者有加热食物时使用保鲜膜或塑料容器的习惯，34.6%经常使用香水，51.8%使用防晒等化妆品，69.1%每2-3个月染发一次以上，39.1%有职业或家庭二手烟暴露史。统计分析表明，频繁食用海鲜、火锅、速食、油炸和烧烤食品以及染发与乳腺癌显著相关。

讨论

个人护理产品与内分泌干扰物

化妆品，尤其是染发剂和直发剂，含有可能干扰激素调节的化学成分。研究显示，使用染发剂患乳腺癌风险增加1.09倍，非裔美国女性频繁使用（每5-8周）风险最高可增加60%。直发剂的使用也与风险增加18%-31%相关。

家居与交通相关环境暴露

聚碳酸酯（PC）制品（如婴儿奶瓶、水杯）常含双酚类物质（BPA、BPS、BPAF），在高温下可能析出。细胞研究表明，BPA的替代物BPAF能激活乳腺癌细胞中的雌激素受体β（ERβ），与乳腺癌风险相关。机动车尾气中的悬浮颗粒物、一氧化碳（CO）、氮氧化物（NO、NO₂）及PM_2.5也与乳腺癌发病率增加有关。本研究中，34.6%的参与者以地铁为主要交通工具，29.1%依赖摩托车，可能增加其直接暴露于车辆尾气和颗粒物的风险。

吸烟与二手烟暴露

吸烟和二手烟暴露与乳腺癌风险中度相关。早期研究提示，暴露于二手烟的女性患癌风险可能是主动吸烟者的两倍以上。近期伊朗女性研究显示，主动吸烟者风险增加1.83倍，二手烟暴露者风险增加1.86倍。本研究中有39.1%的患者为主动吸烟者、既往吸烟者或有职业/家庭二手烟暴露史。

饮食相关风险因素

本研究确认了重金属（锌、铅、汞）与乳腺癌的关联。既往文献表明，铅、锌、汞的血浓度升高会增加乳腺癌风险，汞甚至在乳腺癌患者病理标本中被检出。回顾性研究显示，使用青霉素、四环素等抗生素者乳腺癌发病率略有上升。速食面调料包等产品可能使用环氧乙烷（EO）灭菌导致残留，居住于环氧乙烷排放设施10公里内与乳腺癌发病率增加有关。高温烹制淀粉类食物产生的丙烯酰胺（IARC 2A类可能致癌物）与绝经前女性和激素受体阳性人群的乳腺癌风险相关。腌制食品（如腊肉、培根）加工过程中使用的硝酸盐或亚硝酸盐可能在高温烹饪时形成致癌化合物（IARC 2A类）。

乳腺癌饮食建议

饮食习惯与乳腺癌发病率密切相关。限制饮酒尤为重要。天然生物活性物质（如姜、蒜、黑孜然、红辣椒、高粱、大麦等谷物中的成分）可抑制乳腺癌细胞系生长，并可能刺激食欲、增加膳食纤维摄入。坚持地中海饮食（富含香料、草本植物，含抗氧化和抗炎化合物）可降低约20%的乳腺癌风险。建议多食用鱼类（每周三次以上），少食红肉（每天少于一份）及烘焙甜点零食（每周少于三次）。通过调整饮食习惯，增加纤维、抗氧化剂和抗炎化合物的摄入，同时减少总热量摄入，有助于降低乳腺癌风险。

结论

本研究识别出与乳腺癌发生相关的多种因素，包括血锌/铅浓度、尿锌/汞浓度、氯霉素/青霉素等兽药残留、塑化剂代谢物MEP/MBHP水平，以及频繁食用海鲜、火锅、速食面、烧烤油炸食品、染发、农药/除草剂暴露等生活习惯。未来研究应扩展预测模型和问卷，以识别高危因素和行为，为降低乳腺癌风险提供指导。饮食干预，特别是富含十字花科蔬菜和香料的地中海式饮食，可能增强抗氧化摄入并刺激食欲。减少饮酒、增加体育锻炼、维持健康体重指数（BMI）有助于降低代谢综合征和乳腺癌风险。总体而言，生活方式的改变可促进长期健康，降低乳腺癌发病率。