研究环境暴露的“有效工具”——代谢组学

环境总暴露反映了人群污染物多介质、多途径的暴露水平及其贡献比，是表征暴露介质浓度和人群环境暴露特点的综合性指标。日常的环境暴露有空气颗粒物、重金属和多环芳羟、持久性的氯化物（如多氯联苯和有机氯农药等）、杀虫剂等等，人类通过呼吸、食物摄入或者直接的皮肤接触等方式，均会对人体的健康造成巨大的威胁。而暴露方式取决于生活方式、居住地、特殊职业、饮食习惯和空气质量相关。研究人类环境暴露对健康的潜在影响极其困难，需要结合流行病学、毒理学或分析化学等多种不同的分析方法。目前，代谢组学越来越多地用于毒理学研究，为与化学物质暴露相关的代谢物水平的变化开辟了新视角。代谢组学通过使用非侵入性或最小侵入性的形式收集生物样本（如血液、尿液、唾液等），在揭示环境暴露对人体健康的影响发挥重要作用。

越来越多的文献表明，代谢组学可以有效地区分暴露模式对人体健康代谢带来的不良后果。如重金属和多环芳烃可引起机体抗氧化和抗亚硝化过程、氨基酸代谢和脂质调节的改变；持久性或非持久性氯化化合物(二恶英、多氯联苯、有机氯杀虫剂和三氯乙烯)影响胆固醇与鞘脂代谢、胆汁酸生物合成，并具有诱发动脉粥样硬化、糖尿病或肥胖症等慢性疾病的可能；邻苯二甲酸酯引起的代谢变化主要涉及两种抗氧化机制（线粒体β氧化、氨基酸代谢）和前列腺素的调节途径等。那么，对环境暴露对人体健康代谢的影响有了大致了解之后，接下来糖尿病网小编就和大家分享一些环境暴露的具体示例，为大家详细解剖代谢组学在环境暴露研究中发挥的作用。

1. 铬、镍和锰等重金属暴露对人体健康的影响

重金属与多环芳羟的潜在作用模式有类似之处，均可导致氧化应激的变化、致使线粒体功能障碍和能量产生不足。例如Ching-Hua Kuo等研究人员对来自高焊接烟雾暴露（台湾造船厂的35名男性）和低暴露量（16名男性办公室上班族）的尿液样本进行1H NMR代谢组学分析，发现长期暴露在铬、镍和锰等重金属颗粒的人员，甘氨酸、牛磺酸、甜菜碱、TMAO和丝氨酸水平较高，而磺酰半胱氨酸、马尿酸盐、葡萄糖酸、肌酸酐和肌酸水平较低，这些代谢物与碳水化合物代谢、氨基酸代谢、氧化还原途径和尿素代谢有关。同时研究人员对51个血液样进行了细胞因子和炎症标志物表达水平的研究，在焊接工人的血液中发现TNF-α（肿瘤坏死因子）显著升高，预示着体内炎症的发生，这一结果与焊接工人尿液中甘氨酸、牛磺酸和甜菜碱的增加相一致。研究证实了暴露于重金属环境的焊接工人体内出现氧化应激和炎症过程，这些炎症的长期存在具有发展成慢性疾病如肥胖症、糖尿病、动脉粥样硬化或癌症的潜在风险。

2. 有机氯暴露对人体健康的影响

持续性有机污染物暴露的代谢组学研究侧重于二噁英和多氯联苯，其次是有机氯农药。例如Jeanneret等研究人员通过招募长期生活在垃圾焚烧炉附近的48人（实验组）和与其年龄相匹配的24名志愿者（对照组），收集尿液样本通过lc-ms进行代谢组学分析。在区分实验组和对照组的模型中，灵敏度和特异性分别达100%和87.5%，说明处于焚烧烟气二噁英暴露条件下，机体代谢发生显著变化。在二噁英暴露的情况下，3β-硫酸酯、雌酮3α-葡糖苷酸、孕二醇3α-葡糖苷酸和11-酮胆固醇酮3α-葡糖苷酸发生显著变化，其中11-酮胆固醇酮3α-葡糖苷酸参与人肝微粒体中甘氨鹅脱氧胆酸和甘氨胆酸的生物合成与代谢。因此，研究证实了人类在二噁英暴露的情况下，类胆固醇和胆汁酸的代谢异常，从而引起肝损伤、免疫力下降、记忆力衰退，甚至致癌。

3. 氯化挥发性有机化合物对人体健康的影响

三氯乙烯（TCE）是一种广泛使用的工业溶剂和地下水中常见的有机污染物，为深入了解TCE暴露所引起的代谢表型的变化，Douglas等研究人员采集80名暴露于TCE的工人和95名匹配对照人群的血浆样本，进行非靶向代谢组学分析。结果显示与对照组相比，TCE暴露的工人血浆中尿酸、谷氨酰胺、胱氨酸、甲硫腺苷、牛磺酸和鹅去氧胆酸发生显著变化，致使嘌呤分解代谢被破坏、硫氨基酸和胆汁酸生物合成减少。除此之外，研究人员进一步测试了与免疫功能、肾毒性标志物的变化，发现TCE暴露与IgG、IgM和CD4细胞呈负相关，表明此物质可直接参与介导免疫毒性。此研究结果表明代谢组可提供一个强有力的研究方法，将职业暴露与代谢紊乱联系起来，并获得TCE暴露引起疾病的潜在机制。

基于非靶向代谢组学技术在识别环境暴露所引起的代谢变化中发挥重要作用，但在研究具体的生物途径的变化方面具有一定的局限性。未来，可依靠代谢组数据构建代谢网络，将有助于解决目前在解释由化学物质引起的生物途径变化方面的局限性。通过与转录组和蛋白组学相关的上游信息数据，将多组学的数据进行整合分析，为全面了解环境暴露所引起的机体变化提供强有力的分析手段，可更好地为流行病学的风险评估提供依据。

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