Exposure to greenness in urban area and cognitive development in children

Abstract

배경: 거주지 주변 녹지의 노출은 인지 능력 향상을 포함해서 아동에게 정신 건강상의 이익을 가져온다고 보고되었다. 본 연구에서는 임신 중 녹지 노출과 아이의 6세 시점에서의 녹지 노출이 아이의 6세 시점에서의 아이큐 점수와 연관성이 있는지 코호트 연구디자인으로 서울지역 189명의 아동에게서 분석되었다. 이러한 녹지 노출은 자연 녹지와 인공 녹지로 구분하여 녹지의 유형에 따른 아이큐 점수와의 연관성 분석을 수행하였다. 또한, 이러한 인지기능의 발달에 영향에 대한 생물학적 메커니즘을 설명하기 위해 녹지 노출에 따른 후생 유전자(DNA 메틸화; DNAm)의 변화를 확인함으로써, 녹지 노출이 아동의 인지발달에 미치는 간접 경로에 대한 분석을 수행하였다. 방법: 집 주변 녹지 노출과 아동의 IQ의 연관성을 분석하기 위해 임신중 및 6세 때 서울에 거주한 전향적 코호트의 엄마-아이 189명을 대상으로 실시하였다. 거주지 주변 녹지는 집주소 주변 반경 100~2000m 이내에 있는 녹지를 평가하였고, 이는 환경공간정보서비스에서 제공되는 토지피복지도인 위성 이미지 데이터를 활용해 분석되었다. 녹지는 전체 녹지, 자연 녹지와 인공 녹지로 나누어 분석하였다. 또한, 녹지 노출과 DNAm 변화 사이의 연관성을 조사하기 위해, 문헌연구를 통해 인지기능과 관련된 후보 유전자를 선택해서, 2세 아동 59명을 대상으로 녹지 노출에 따라서 DNAm의 변화의 유의한 차이가 있는 CpG sites를 확인하였다. 유의한 CpG site를 가지고 6세 IQ(총 아이큐 점수, 언어성 아이큐점수, 동작성 아이큐점수)와의 연관성을 분석하였다. 결과: 서울지역 내 임신 중 및 6세 당시의 녹지 노출과 아이큐와의 연관성 분석을 수행한 결과, 임신 시점에서 거주지 주변 반경 500m 및 1000m에 녹지 비율이 증가될수록 아이의 아이큐점수와 양의 상관성을 보이는 것을 확인 하였다. 그러나 6세 시점에서의 녹지 노출은 100-2000m에서 모두 유의하게 아이큐와 연관성이 있었다. 특히, 아이들의 IQ점수는 자연녹지보다는 인공 녹지와 더 강한 연관성을 보였다. 녹지 노출에 따른 DNA메틸화의 변화가 있는지 확인하기 위해 문헌 리뷰에서 인지 능력과 관련된 209 CpGs와 8534 CpGs를 확인했다. 이 CpG site를 가지고 2세 시점의 녹지 노출과의 연관성을 분석했을 때, 25 개의 CpGs들은 거주지 주변 녹지 노출 정도와 유의한 연관성을 보였고, 이 CpG site 중 알려진 유전자는 총 22개였다. 또한, 2세 녹지 노출에 따라 차이를 보이는 25개의 CpG들과 6세 때의 IQ와 통계적 유의성이 있는지 확인하였는데, 이중에 SLC6A3 at cg26269038에서 통계적으로 유의하게 6세의 동작성 아이큐 점수와 관련이 있는 것으로 확인 되었다 (Bonferroni correction P < 0.002). 결론: 본 연구결과는 거주지 주변의 녹지 노출정도가 증가할 수록 어린이 인지발달의 긍정적 효과를 가져온다는 연구결과이며, 2세 아동에서의 녹지 노출이 DNA메틸화에 영향을 주어, 6세 아동의 인지기능발달에도 영향을 미칠 수 있음을 시사한다. 이 연구결과를 통해 어린이 및 임신부를 위한 녹지조성 계획이 주는 건강상의 이점을 확인할 수 있었고, 이 자료를 바탕으로 도시 계획 및 공공 건강 지원계획에 근거자료로 활용될 수 있다.

Background: It has been reported that residential greenness is definitely linked to the health benefits of children, including improved cognitive ability. A prospective cohort design was conducted on the relationship between the intelligent quotient (IQ) of 6-year-olds in Seoul, South Korea, and surrounding greenness during the pregnancy and postnatal exposure. We also analyzed whether these effects vary depending on the types of natural greenness or built greenness. Epigenetic change is hypothesized as a regulatory pathway through which greenness exposures influence child development and health. We aimed to investigate the associations between residential surrounding greenness and DNA methylation (DNAm) changes associated with cognitive abilities at age 2. We also assessed the associations between differential methylation and childrens IQ at age 6 in a prospective cohort study. Method: To estimate the associations between residential greenness and childrens IQ, we were conducted on 189 mother-child dyads from the Environment and Development of Children Cohort study, who lived in Seoul during the prenatal period and when the child was 6 years old. The surrounding greenness was defined using the data of the Landsat image of the Korean Arirang satellite with buffers within a radius of 100 to 2,000 meters from the participants' residence. We analyzed the two types of greenness including natural and built greenness, separately. Using the Wechsler Intelligence Scale for Children by the Korea Educational Development Institute, the children's IQ was measured. To investigate the associations between residential surrounding greenness and DNAm changes, which associated with cognitive abilities, we identified cytosine-guanine dinucleotide sites (CpGs) associated with cognitive abilities from epigenome- and genome-wide association studies through a systematic literature review for candidate gene analysis. We estimated the residential surrounding greenness at age 2 using a geographic information system. DNA methylation was analyzed from whole blood using the HumanMethylationEPIC array in 59 children at age 2. We analyzed the association between greenness exposure and DNA methylation at age 2 at the selected CpGs using multivariable linear regression adjusting for mothers age, maternal education level, exposure to environmental tobacco smoke at age 2, child sex, childrens body mass index and cell composition. We further investigated the relationship between DNA methylation and childrens IQ, including the total IQ and two subsets of IQ. Result: We found that prenatal exposure to built greenness in 500 m and 1000m buffers was associated with total IQ of children in a full model [Difference in IQ (95% CI): 3.46 (0.68, 6.24) and 3.42 (0.53, 6.31) per interquartile increase in percentages of greenness in buffers]. However, postnatal exposure to built greenness in all buffers was significantly related to the child's total IQ. We also found a stronger association between childrens total IQ and built greenness than natural greenness. For epigenetics study, we identified 8,743 CpGs associated with cognitive ability based on the literature review. Among these CpGs, we found that 25 CpGs were significantly associated with greenness exposure at age 2, including cg26269038(Bonferroni-corrected P ≤ 0.002) located in the body of SLC6A3, which encodes a dopamine transporter. DNA methylation at cg26269038 at age 2 was significantly associated with childrens performance IQ at age 6. Conclusion: When six-year-old children live near greenness area, their IQ score tends to increase. The results suggested the health benefits of greening, providing urban planning and public health support to build healthy cities for children and pregnant women. Exposure to surrounding greenness was associated with cognitive ability-related DNA methylation changes, which was also associated with childrens IQ. Further studies are warranted to clarify the epigenetic pathways linking greenness exposure and neurocognitive function.