Exposure to Chemicals Present in Consumer Products and Their Impact on Childhood Cardiometabolic and Cognitive Health

Abstract

We encounter a plethora of chemicals in everyday consumer products, some of which are intentionally added for specific product attributes like extended shelf life or water resistance. In contrast, others are contaminants that are no longer produced but persist in the environment due to their long half-lives. These chemicals can be categorized as nonpersistent or persistent based on their longevity. Many are acknowledged as endocrine disruptors, posing risks to fetal and early childhood development, which can impact future health outcomes. Understanding these risks is crucial for public health prevention and regulation efforts. The overarching goal of this dissertation is to explore how various chemical exposures from consumer products affect children's cardiometabolic and cognitive health, with a particular emphasis on the role of omics signatures in driving metabolic risks. First, we examine the effects of three chemical groups, parabens, per- and polyfluoroalkyl substances (PFAS), and organochlorine compounds (OC) - on children's cardiometabolic and cognitive well-being. We distinguish between nonpersistent and persistent chemicals, as their impact on health outcomes varies. Part 1 describes the influence of nonpersistent chemicals on childhood cardiometabolic outcomes based on the example of parabens. Chapter I presents findings from a study examining the association between placental paraben exposure and its effects on cord blood metabolic biomarkers and childhood BMI trajectories. In Chapter II and III, we further elaborate on childhood paraben exposure in preschool children and its effects on cardiometabolic measures and advanced glycation end products (AGEs) respectively. Part 2 focuses with Chapter IV on persistent chemical exposures and their long-term impact on neurodevelopment, specifically prenatal PFAS and OC exposure and their effects on cognitive test performance in adolescents. Finally, in Part 3, we investigate the underlying molecular mechanisms through which chemical exposures may affect childhood metabolic changes. Chapter V examines the shared epigenetic mechanisms linking cord blood mtDNA content and insulin levels, considering developmental origins of this association and explaining how the internal exposome is affected by environmental influences. In Chapter VI, we introduce a novel strategy to integrate the exposome and multiomics data, using a “Meet in the Middle Approach” of reduced latent factors to identify molecular signatures connecting environmental exposures and childhood weight. The key findings of this dissertation are presented in a concise form in Table 1. In summary, we found statistically significant, mainly adverse associations between prenatal and postnatal paraben exposure and cardiometabolic outcomes in childhood. Furthermore, we could not find evidence for adverse effects of prenatal exposure to persistent chemicals, namely PFAS and OC, on cognitive performance in adolescence. When focusing on the omics driving the metabolic changes, we found common methylation signatures linking the metabolic hormone insulin with mitochondrial DNA content and different omics layers, including the transcriptome, proteome and metabolome linking PFAS and OC exposure with childhood BMI. Building on the findings of this paper, we formulate recommendations for both, policymakers and the public at large: ban the use of parabens and PFAS in consumer products; implement better monitoring of exposure to “legacy” chemicals and provide adequate public information; iii) promote future research concerning modes of action linking prenatal chemical exposures with later life health changes.

We komen in contact met een overvloed aan chemicaliën in alledaagse consumentenproducten, waarvan sommige opzettelijk worden toegevoegd voor specifieke producteigenschappen zoals een langere houdbaarheid of waterbestendigheid, terwijl andere verontreinigingen door stoffen zijn die niet langer worden geproduceerd maar toch in het milieu blijven vanwege hun lange halfwaardetijden. Deze chemicaliën kunnen worden ingedeeld als persistent of niet-persistent op basis van hun levensduur. Velen werden al erkend als hormoonverstoorders en vormen risico's voor de ontwikkeling van foetussen en jonge kinderen, wat toekomstige gezondheidsuitkomsten kan beïnvloeden. Het begrijpen van deze risico's is cruciaal voor preventie en regelgeving op het gebied van volksgezondheid. Het overkoepelende doel van deze dissertatie is om te onderzoeken hoe verschillende chemische blootstellingen uit consumentenproducten de cardiometabole en cognitieve gezondheid van kinderen beïnvloeden, met speciale nadruk op de rol van omics-signaturen bij het aansturen van het metabolisch risico. Eerst onderzoeken we de effecten van drie chemische groepen, parabenen, peren polyfluoralkylstoffen (PFAS) en organochlorines (OC), op het cardio-metabole en cognitieve welzijn van kinderen. We maken onderscheid tussen persistente en niet-persistente chemicaliën, aangezien hun impact op gezondheidsuitkomsten varieert. Deel 1 beschrijft de invloed van niet-persistente chemicaliën op cardiometabole uitkomsten in de kindertijd aan de hand van het voorbeeld van parabenen. In Hoofdstuk I presenteren we bevindingen uit een studie die de associatie onderzoekt tussen prenatale blootstelling aan parabenen en de effecten ervan op metabolische biomarkers in navelstrengbloed en de BMI-trajecten van kinderen, en in Hoofdstuk II en III gaan we dieper in op de blootstelling van parabenen bij kleuters en de effecten ervan op cardiometabole metingen en geavanceerde glycatie eindproducten (AGEs). Deel 2 richt zich in Hoofdstuk IV op persistente chemische blootstellingen en hun langetermijneffect op neuro ontwikkeling, specifiek de effecten van prenatale blootstelling aan PFAS en OC op de cognitieve testprestaties van adolescenten. Tenslotte onderzoeken we in Deel 3 de onderliggende mechanismen waardoor chemische blootstellingen mogelijkerwijs de metabole veranderingen in de kindertijd beïnvloeden. Hoofdstuk V onderzoekt de gedeelde epigenetische mechanismen die de link tussen mtDNA-inhoud in navelstrengbloed en insulineniveaus verbinden, wat kan wijzen op een gedeelte ontwikkelingsoorsprong van deze associaties en kan aantonen hoe milieublootstellingen het interne exposoom kunnen beïnvloeden. In Hoofdstuk VI introduceren we een nieuwe strategie, om de exposoom en multi-omicsgegevens te integreren, door een “Meet-in-the-Middle-benadering” waarbij gereduceerde latente factoren gebruikt worden om moleculaire handtekeningen die de milieu-blootstellingen en metabole uitkomsten associëren te identificeren. De belangrijkste bevindingen van deze dissertatie worden in beknopte vorm gepresenteerd in de Tabel 1. Samenvattend, vonden we hoofdzakelijk schadelijke en statistisch significante associaties tussen prenatale en postnatale parabenenblootstelling en cardio-metabole uitkomsten in de kindertijd. We vonden geen bewijs voor schadelijke effecten van de prenatale blootstelling aan persistente chemicaliën, namelijk PFAS en OC, op de cognitieve prestatie tijdens adolescentie. Met betrekking op de omics die deze metabole veranderingen aansturen, vonden we gemeenschappelijke verbanden in de methylatie die het metabole hormoon insuline associëren met mitochondriaal DNA-gehalte en tussen verschillende omics-lagen, inclusief het transcriptoom, proteoom en metaboloom, die onder ander PFAS- en OC-blootstellingen verbinden met het lichaamsgewicht van kinderen. Voortbouwend op de bevindingen van dit onderzoek, formuleer ik aanbevelingen voor zowel beleidsmakers als het grote publiek: verbiedt het gebruik van parabenen en PFAS in consumentenproducten; implementeer een betere monitoring van blootstelling aan chemicaliën die al onder een verbod vallen en voorzie voldoende publieksinformatie; stimuleer toekomstig onderzoek betreffende de onderliggende werkingswijzen die prenatale chemische blootstellingen verbinden met veranderingen in de gezondheid later in het leven.