水污染對(duì)人體健康危害

　　1 引言

　　20世紀(jì)生物科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是70年代DNA重組技術(shù)的成功，為維護(hù)人體健康帶來了無限光明. 而基因組學(xué)的發(fā)展讓人們暢想未來人類免受疾病的危害. 但人類基因組學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，并未為疾病控制帶來本質(zhì)上的變化，因?yàn)閷?duì)于大多數(shù)疾病而言，基因與環(huán)境等多種因素共同影響疾病的發(fā)生. 科學(xué)家認(rèn)為基因?qū)θ祟惣膊〉挠绊懣赡苤徽嫉?lt;10%. 例如美國(guó)Brigham and Women′s Hospital的Nina Paynter等對(duì)影響心臟病101種基因進(jìn)行研究，歷經(jīng)12年跟蹤調(diào)查19000名婦女后發(fā)現(xiàn)這些基因標(biāo)記難以預(yù)測(cè)心臟病的發(fā)作情況，英國(guó)倫敦皇家學(xué)院的Jeremy Nicholson針對(duì)其工作提出自己見解，認(rèn)為“僅知道基因風(fēng)險(xiǎn)因素絕對(duì)是無濟(jì)于事的”. 導(dǎo)致人體健康風(fēng)險(xiǎn)的主要因素則是環(huán)境暴露(environmental exposure)，但是目前對(duì)于基因組研究的投入力度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于研究環(huán)境如何影響人體健康的投入.

　　鑒于環(huán)境對(duì)人體健康影響的重要性，越來越多的人們開始關(guān)注這一研究領(lǐng)域. 近年來，人體暴露于外在污染物的研究得到了空前重視，一些新技術(shù)和方法逐漸引入到該領(lǐng)域中，同時(shí)一些新的概念也逐漸為人們所認(rèn)識(shí). Christopher Paul Wild于2005年提出了暴露組(exposome)的概念，大大地拓展了人體暴露科學(xué)的內(nèi)涵和外延. 自從這一概念提出以來，得到了廣泛關(guān)注，相關(guān)報(bào)道亦日趨增多. 在Google Scholar和Web of Science中分別收錄了1190條和115篇相關(guān)文獻(xiàn)，且呈現(xiàn)逐年增多的趨勢(shì)(圖 1). 近年來美國(guó)和歐洲均建立了各種研究中心并開展了相關(guān)的研究項(xiàng)目，例如美國(guó)成立了暴露生物學(xué)中心(Center for Exposure Biology)和人類暴露組中心(Human Exposome Center)，其目的在于開展人類暴露組項(xiàng)目(Human Exposome Project，HEP).

 圖1 2005—2014年關(guān)于暴露組文獻(xiàn)數(shù)量趨勢(shì)

　　同時(shí)歐盟亦開展了生命早期暴露組項(xiàng)目的研究(Human EarlyLife Exposome，HELIX). 這些項(xiàng)目的實(shí)施意味著歐美等國(guó)家已全面開展了暴露組研究. 我國(guó)對(duì)于該方面的研究鮮有報(bào)道，在該方面研究中僅有一項(xiàng)得到國(guó)家自然科學(xué)基金資助(數(shù)據(jù)來源于Pubmed.cn收錄，搜索關(guān)鍵詞為“暴露組”). 近期國(guó)家自然科學(xué)基金委發(fā)布的“十二五”第3批重大項(xiàng)目申請(qǐng)指南中已將“環(huán)境與遺傳因素及其交互作用對(duì)慢性非傳染性疾病影響的隊(duì)列研究”作為一個(gè)重要課題. 由此可見，我國(guó)已開始重視暴露組的研究. 本文將主要從暴露組概念的內(nèi)涵和發(fā)展、研究方法、具體技術(shù)以及未來的展望方面介紹這一新概念，并以此更多地關(guān)注環(huán)境因素引起的健康問題.

　　2 暴露組的概念

　　暴露組(exposome)是指一個(gè)人從胚胎到生命終點(diǎn)一生中各種暴露，包括內(nèi)暴露和外暴露. 這些暴露涉及在外界環(huán)境中化學(xué)污染物暴露下的身體對(duì)疾病和心理壓力的總記錄. 此概念包含2個(gè)方面的內(nèi)涵，① 人類暴露于各類復(fù)雜的化學(xué)、物理和社會(huì)環(huán)境中，并與之相互作用. 人的一生中接觸到成千上萬種化學(xué)物質(zhì)，如重金屬和持久性有機(jī)污染物等，同時(shí)還暴露于噪聲、振動(dòng)波等物理性污染; 社會(huì)因素和個(gè)人的生活方式亦能影響人們的暴露組，前者如生活區(qū)域的人口密度和文化氣息等; 后者包括飲食、運(yùn)動(dòng)和睡眠等. ②整個(gè)生命過程中，時(shí)刻存在暴露，不同時(shí)期暴露特征不同. 如嬰幼兒時(shí)期母乳是許多污染物的主要暴露途徑; 幼年時(shí)期玩具和室內(nèi)灰塵可能是這些污染物的主要暴露載體，成年期間職業(yè)暴露可能是影響人體健康的關(guān)鍵因素，而老年時(shí)期居室環(huán)境則是影響人體健康的重要因子. 由于無法完全獲知每個(gè)人的終生環(huán)境暴露，研究不同成長(zhǎng)過程中關(guān)鍵和敏感時(shí)期的暴露特征對(duì)于認(rèn)識(shí)整個(gè)暴露組極為重要. Rappaport和Smith用電影來比喻暴露組，個(gè)人的暴露組可以理解為一部2 h的電影，每一個(gè)畫面都是一次暴露事件，如果將2 h的電影濃縮至30 s的預(yù)告片，這些極少但很關(guān)鍵的畫面對(duì)于認(rèn)識(shí)整部電影極為重要. 動(dòng)態(tài)特征是暴露組一個(gè)最難以表征的特點(diǎn)，在暴露組無數(shù)的組成中必須考慮時(shí)間上的變化. 實(shí)際上，在任何一個(gè)時(shí)間點(diǎn)上，每一個(gè)人都具有自己特有的暴露組成. 因此在研究個(gè)體暴露過程中，我們可以通過無數(shù)次某一時(shí)刻定量的暴露組成，建立起一個(gè)累計(jì)的時(shí)效暴露組. 如圖 2a所示，人生不同階段的暴露組成亦隨著職業(yè)、生活方式、外界環(huán)境等的改變而發(fā)生改變. 如果能研究出每一個(gè)過程中的特征暴露組成，則可以建立起個(gè)人終身暴露組.

　　暴露組將暴露細(xì)分為內(nèi)暴露、外暴露和社會(huì)暴露(圖 2b). 之前，內(nèi)暴露是指攝入體內(nèi)的物質(zhì)實(shí)際上被機(jī)體組織吸收的量，即吸收. 通過測(cè)定生物樣品(血液、尿液等)中污染物或其代謝產(chǎn)物的含量來確定. 如以血鉛、血汞的含量分別代表鉛和汞的暴露劑量; 血液中尼古丁或可鐵寧的含量可作為香煙暴露的暴露劑量. 暴露組所指的內(nèi)暴露則包含了外界攝入物質(zhì)在體內(nèi)留下的痕跡，以及自身機(jī)體的變化過程，如內(nèi)在循環(huán)的荷爾蒙、體型變化、內(nèi)臟區(qū)微生物、感染、脂肪過氧化、氧化應(yīng)激以及老化過程等. 外暴露可分為廣義的外暴露和狹義的外暴露. 廣義的外暴露指實(shí)際存在于環(huán)境中有害因子的量，通常的環(huán)境監(jiān)測(cè)即是監(jiān)測(cè)這種暴露. 狹義的外暴露指外環(huán)境中的暴露因子進(jìn)入體內(nèi)量，即攝入. 通常是測(cè)定人群接觸的環(huán)境介質(zhì)中某種環(huán)境因素的濃度或含量，根據(jù)人體接觸的特征(如接觸的時(shí)間、途徑等)，估計(jì)個(gè)體的暴露水平. 而外在的社會(huì)暴露主要是指?jìng)�(gè)人所處的社會(huì)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)狀況等所帶來的機(jī)體響應(yīng)及其變化，如社會(huì)能力、教育程度、經(jīng)濟(jì)狀況、精神壓力、氣候等因素影響人們機(jī)體的響應(yīng)及其暴露.

 圖2 (a): 一生各階段瞬時(shí)暴露組(注：箭頭僅表征暴露的總途徑，與各種過程無關(guān));(b): 暴露組的組成

　　暴露組包括了一個(gè)人終身接受到所有暴露的總和，為科學(xué)家們提供了一種思路去觀察環(huán)境因素造成的疾病. 從這一層含義上也可以把環(huán)境認(rèn)定為身體內(nèi)化學(xué)環(huán)境的一部分. 暴露組亦包括了由于各種生物、生物化學(xué)和化學(xué)過程引發(fā)的生物標(biāo)志物的發(fā)生和改變，而這些過程能解釋人體暴露易導(dǎo)致的感染和疾病，因此也可以把暴露定義為內(nèi)環(huán)境中生物活性化學(xué)物質(zhì)水平. 隨著對(duì)人們暴露組研究的深入，每個(gè)人的暴露組會(huì)與疾病人群和健康人群形成對(duì)照，也會(huì)與每個(gè)人不同生命階段的個(gè)人用藥形成對(duì)比，找出造成疾病的原因，從而確認(rèn)、減少或消除有害暴露. 正如Linda Birnbaum所言，我們無法改變遺傳帶給我們的基因，但是我們可以改變生存環(huán)境和生活方式以減少疾病的發(fā)生.

　　3 暴露組學(xué)的內(nèi)涵和外延

　　暴露組概念是建立在先前研究的基礎(chǔ)上，尤其先前暴露科學(xué)(exposure science)和環(huán)境基因組(environmental genome)的研究為這一概念的提出奠定了基礎(chǔ). 全面理解暴露組學(xué)的內(nèi)涵與外延需從暴露科學(xué)與環(huán)境基因組入手.

　　暴露科學(xué)是環(huán)境科學(xué)家們常用的科學(xué)概念，主要研究人體暴露于某一類有毒有害物質(zhì)的總量，并用暴露總量來權(quán)衡人體接受到的環(huán)境影響和危害. 暴露分為不同途徑，主要有攝食、呼吸和皮膚接觸等，同時(shí)還包括醫(yī)學(xué)上的注射、移植、結(jié)膜滴注和栓劑等. 這些研究大多數(shù)針對(duì)某一特殊人群或者一類特殊毒害物質(zhì)的暴露進(jìn)行展開. 如Ding等人研究了深圳市區(qū)人群通過攝食多環(huán)芳烴(PAHs)和鹵代PAHs的暴露，結(jié)果表明該區(qū)域人群暴露的PAHs和鹵代PAHs的毒性當(dāng)量低于嚴(yán)重風(fēng)險(xiǎn)水平(serious risk level)，而高于可接受風(fēng)險(xiǎn)水平(acceptable risk level)，其中攝食米飯和肉質(zhì)食品是最重要的方式，與其他研究比較，和美國(guó)、英國(guó)、荷蘭、意大利、西班牙等國(guó)家報(bào)道的暴露風(fēng)險(xiǎn)相似，卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于北京和天津. 最近研究發(fā)現(xiàn)在電子垃圾拆卸區(qū)(臺(tái)州)居民通過灰塵暴露多氯聯(lián)苯(PCBs)非常微小. 人體暴露灰塵中的污染物與人群的年齡、社會(huì)角色以及生活習(xí)性息息相關(guān)，比如中國(guó)人群通過居室灰塵暴露鄰苯二甲酸二(2乙基己基)酯僅占總暴露量的2%～5%，而美國(guó)人群卻通過灰塵攝入此類污染物占總暴露量的10%～60%. 但是目前這類研究多數(shù)基于暴露模型的估算. 不同途徑暴露的污染物質(zhì)，只有部分能被人體所利用，最終表現(xiàn)為生物機(jī)體的毒性響應(yīng). 與人體產(chǎn)生作用的這一部分物質(zhì)被認(rèn)為具有生物可利用性(bioavailability，即進(jìn)入人體內(nèi)循環(huán))的污染物. 污染物的生物可利用性可以通過動(dòng)物的活體實(shí)驗(yàn)(in vivo)和動(dòng)物或人體的體外實(shí)驗(yàn)(in vitro，或稱模擬實(shí)驗(yàn))實(shí)現(xiàn)，但前者實(shí)驗(yàn)周期長(zhǎng)、費(fèi)用高、風(fēng)險(xiǎn)大，并帶來倫理方面的問題，后者為當(dāng)前暴露科學(xué)的研究熱點(diǎn). 綜上所述，暴露科學(xué)著重研究人體通過不同途徑暴露于外在污染物的總量，以及這些污染物進(jìn)入人體后可能對(duì)機(jī)體產(chǎn)生影響的量. 這些研究?jī)H僅局限于對(duì)特定人群或特定污染物進(jìn)行研究，大部分暴露途徑并不能直接測(cè)定，而是通過模型估算而來，因此參數(shù)的選擇會(huì)導(dǎo)致結(jié)果的不確定性. 同時(shí)這些研究和人體健康及其疾病的直接關(guān)聯(lián)性較小，盡管有些學(xué)者嘗試使用生物標(biāo)志物的方法來表征環(huán)境暴露，但目前這些研究仍然無法直接將環(huán)境暴露與人體健康進(jìn)行關(guān)聯(lián).

　　1997年美國(guó)國(guó)立環(huán)境衛(wèi)生科學(xué)研究所(National Institute of Environmental Health Sciences)提出環(huán)境基因組(environmental genome)計(jì)劃，主要研究因環(huán)境因素導(dǎo)致的疾病下，化學(xué)損傷易感性基因的多態(tài)性，并確定不同個(gè)體差異的遺傳因素. 實(shí)際上，環(huán)境基因組與毒理基因組密切相關(guān)，均為生物科學(xué)家們?cè)噲D研究毒害物質(zhì)對(duì)機(jī)體損傷或者基因表達(dá)的影響、交互作用及其個(gè)體差異性. 這些功能性基因組學(xué)(functional genomics)亦稱為后基因組學(xué)(postgenome)已成為生物學(xué)的重要研究分支和技術(shù). 這些研究多數(shù)聚焦于人體中易感基因的篩選和鑒定. 例如美國(guó)的環(huán)境基因組計(jì)劃研究中確定了10類與環(huán)境因素密切相關(guān)的候選基因，包括DNA修復(fù)基因、外源化合物代謝及解毒基因、代謝基因等. 在這一領(lǐng)域里，特定暴露下基因的易感性和多態(tài)性也得到不少人關(guān)注，但是他們主要通過疾病發(fā)生去尋找特定的易感基因，比如在高濃度血鉛患者體內(nèi)鑒定出δ氨基乙酰丙酸脫水酶2(ALAD2)等位基因; 又如，前列腺癌、乳腺癌和卵巢癌易感性和參與類膽固醇類激素代謝酶基因的SNP息息相關(guān). 因此這些研究主要著眼于在特定外來物質(zhì)的影響下，鑒別機(jī)體尤其是基因的易感性和多態(tài)性，而涉及真實(shí)環(huán)境暴露下人體的外界暴露、機(jī)體響應(yīng)和健康狀態(tài)的研究極其有限.

　　可見，環(huán)境科學(xué)家們關(guān)注的人體暴露與生物學(xué)家們關(guān)注的環(huán)境基因組之間存在明顯的鴻溝，需要一個(gè)橋梁將二者有效地連接在一起，才能真正理解環(huán)境污染與人體健康之間的關(guān)系，而暴露組概念的引入有效地將二者連接起來. 暴露組將人體暴露的各種因素囊括在內(nèi)，并考慮到社會(huì)、文化和心理因素的差異，確定其不同階段的特征暴露組，并充分利用生物基因?qū)W技術(shù)，研究不同特征暴露組下基因的易感性和多態(tài)性，有效地將暴露科學(xué)和環(huán)境基因組學(xué)結(jié)合起來，建立起“污染過程人體暴露基因表達(dá)人體響應(yīng)”研究路線.

　　4 暴露組研究方法學(xué)

　　暴露組概念引入以來，人們最大的困惑是如何著手研究. 暴露科學(xué)研究，人們主要從外界環(huán)境關(guān)注人體健康，如空氣、水、食物等的污染強(qiáng)度，以及與人體接觸的途徑(呼吸、攝食以及皮膚接觸)，評(píng)價(jià)人體可能受到的影響，或者估算這些暴露過程的暴露劑量，或者比較暴露人群與非暴露人群的健康指標(biāo). Rappaport S.M.教授和Smith M.T.教授將這種通過研究外界環(huán)境，確定主要暴露過程和劑量的研究方法定義為“自下而上”法(“bottomup” strategy)(圖 3). 分子生物學(xué)和分子流行病學(xué)的興起發(fā)現(xiàn)了很多生物標(biāo)志物，而這些標(biāo)志物可以表征機(jī)體各組織內(nèi)污染物的殘留或者代謝產(chǎn)物; 或者表征某類疾病. 而這種通過探討人體暴露后在機(jī)體組織中留下的生物標(biāo)志物去確定主要的暴露過程的研究思路則認(rèn)為是“自上而下”法(“topdown” strategy). “自下而上”法則關(guān)注于外暴露，通過監(jiān)測(cè)外在環(huán)境中各類污染物(包括大氣、水、日常飲食、輻射和生活方式等)的污染強(qiáng)度，估算個(gè)人暴露組，這一研究思路可以長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)同一環(huán)境介質(zhì)中污染物濃度，更好地了解和認(rèn)識(shí)個(gè)體暴露的主要過程和途徑，以便消除或減小個(gè)體暴露，但這一方法要求去觀測(cè)各種環(huán)境介質(zhì)中的大量未知污染物，同時(shí)缺少對(duì)內(nèi)暴露信息的了解，難以與疾病建立直接關(guān)聯(lián). 而“自上至下”法則應(yīng)用生物監(jiān)測(cè)的方法測(cè)定體液中的暴露特征，根據(jù)這些特征尋找暴露途徑和污染物來源. 尤其有些科學(xué)家呼吁應(yīng)用非靶性組學(xué)包括各種基因組、蛋白質(zhì)組和代謝組學(xué)等方法去測(cè)定體液中暴露組特征，用生物監(jiān)測(cè)如血液中基因表達(dá)、蛋白質(zhì)加合物和代謝產(chǎn)物等方法去評(píng)價(jià)內(nèi)暴露程度. 這種方法更有利于研究疾病人群和健康人群中的組學(xué)特點(diǎn)來對(duì)照全基因組關(guān)聯(lián)分析(genomewide association study)，便于探討內(nèi)暴露過程及人體發(fā)病原因，但丟失了外暴露的信息，不利于及時(shí)提出有效削減暴露的方案.

 圖3 研究暴露組的“自下而上”法和“自上而下”法

　　然而人體疾病的因素與環(huán)境、基因以及二者相互作用等因素均息息相關(guān)，密不可分，同時(shí)暴露也非常復(fù)雜，難以通過簡(jiǎn)單的幾個(gè)假定污染指標(biāo)加以全面地認(rèn)識(shí)，因此要想正確認(rèn)識(shí)這些因素導(dǎo)致的健康問題，就必須像全基因組關(guān)聯(lián)研究一樣，進(jìn)行無目標(biāo)設(shè)計(jì)的研究，全面了解個(gè)體外環(huán)境脅迫因素(各類自然的或人為的化學(xué)物質(zhì)、物理性污染因素以及社會(huì)環(huán)境因素)，以及這些脅迫導(dǎo)致的機(jī)體反應(yīng)留下的痕跡(各類污染物消化吸收過程、機(jī)體內(nèi)反應(yīng)等)，只有這種無目標(biāo)的研究才能在沒有明確的假設(shè)條件下尋找出影響人體健康的關(guān)鍵暴露因素.

　　5 測(cè)量暴露組的技術(shù)手段

　　如何準(zhǔn)確地測(cè)量暴露組已成為了當(dāng)前的難題，測(cè)量暴露組必須理順其理論組成，避免毫無目的地嘗試各種方法. 同時(shí)暴露組概念的內(nèi)涵與外延決定了單一的分析手段不可能完成暴露組的測(cè)量. 因此必須將分析方法、分子技術(shù)、遙感系統(tǒng)及生物信息技術(shù)有效地結(jié)合起來才可能完整地測(cè)量一個(gè)人的暴露組.

　　5.1 遙感技術(shù)

　　人體暴露存在顯著的空間性，3種傳統(tǒng)的地理信息技術(shù)(RS、GIS和GPS)為暴露評(píng)價(jià)提供了更為全面、及時(shí)、準(zhǔn)確和客觀的信息. 過去的幾十年中，這些技術(shù)已廣泛地應(yīng)用于各種環(huán)境暴露評(píng)價(jià)中. 同時(shí)近年來，各類便攜式環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器的研發(fā)更易于與其他技術(shù)結(jié)合，將地理信息技術(shù)與便攜式監(jiān)測(cè)儀器結(jié)合可以得到及時(shí)的空間暴露數(shù)據(jù)，讓暴露評(píng)價(jià)更為精準(zhǔn). 個(gè)人手提電話及其網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展為暴露組的研究帶來了巨大前景. 個(gè)人手提電話已成為人們現(xiàn)代生活的必需品，在全球，擁有配置移動(dòng)、音頻、可視和定位系統(tǒng)的便攜式電話用戶已超過10億，手機(jī)用戶已超過52億，如果在手機(jī)內(nèi)部配置相應(yīng)的環(huán)境檢測(cè)系統(tǒng)(如大氣顆粒物和揮發(fā)性有機(jī)污染物的監(jiān)測(cè)裝置)及其軟件和網(wǎng)絡(luò)，每位用戶的暴露信息傳輸至終端形成巨大的環(huán)境暴露數(shù)據(jù)庫(kù)，將為研究人體暴露提供一種可靠的數(shù)據(jù)(National Research Council of the National Academies，2012). Michael Jerrett認(rèn)為個(gè)人遙感技術(shù)能全面逼真地評(píng)價(jià)我們面對(duì)的外暴露. 帶有遙感式空間參照技術(shù)和模型的裝置能持續(xù)、時(shí)效、真實(shí)地評(píng)價(jià)因地理位置、活動(dòng)以及生活方式等因子造成個(gè)人暴露的差異. 例如一個(gè)人的活動(dòng)強(qiáng)度、類型及地理位置能反映空氣呼吸暴露、接觸與吞食毒害污染物.

　　為了完全示蹤污染物對(duì)人體健康影響的整個(gè)過程，研發(fā)低價(jià)、高靈敏、高選擇性的傳感器是關(guān)鍵，Tao教授利用音叉?zhèn)鞲衅鲗⒒瘜W(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)化為機(jī)械信號(hào)，研發(fā)出一種能在嚴(yán)酷環(huán)境中工作的個(gè)人暴露監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)能定量和時(shí)效測(cè)量多種揮發(fā)性有機(jī)污染物、酸類污染物和濕度等. 此裝置中將監(jiān)測(cè)系統(tǒng)模塊接入一個(gè)智能手機(jī)中，感應(yīng)器戴在手臂上，以此提供個(gè)人暴露的呼吸區(qū)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)的暴露數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在手機(jī)中，并將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)入研究者可以進(jìn)入的計(jì)算機(jī)服務(wù)器中. Tao課題組利用這種裝置監(jiān)測(cè)了2010年4月英國(guó)石油公司石油泄漏之后墨西哥灣烴類化合物，并繪制了該區(qū)域烴類化合物的空間分布，獲得的烴類化合物平均濃度與美國(guó)EPA監(jiān)測(cè)站提供的數(shù)據(jù)相似，但他們發(fā)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)的時(shí)空變化，用烴類化合物濃度的位置信息為周圍工作生活的人們提供指導(dǎo). 由于運(yùn)動(dòng)可以更改一個(gè)人的暴露和對(duì)污染物的響應(yīng)，因此準(zhǔn)確地測(cè)量體育運(yùn)動(dòng)對(duì)于研究暴露組極為重要，Stephen Intille等(Albinali et al., 2010)研發(fā)了Wocket系統(tǒng)，該系統(tǒng)可測(cè)量個(gè)人體育活動(dòng)數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)發(fā)送至個(gè)人手機(jī). Wocket系統(tǒng)能持續(xù)測(cè)量個(gè)人體育運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度、持續(xù)性和地理位置，這樣的測(cè)量能持續(xù)數(shù)月或數(shù)年. Jerret等開展了利用遙感系統(tǒng)調(diào)查個(gè)人暴露和運(yùn)動(dòng)的研究，研究者給志愿者們佩戴了2個(gè)體育運(yùn)動(dòng)檢測(cè)裝置和1個(gè)裝有新型軟件的智能手機(jī)，該裝置可用于記錄體育運(yùn)動(dòng)，及其時(shí)間和位置. 研究者獲得這些運(yùn)動(dòng)和位置的數(shù)據(jù)，結(jié)合空氣污染物空間變化估算每個(gè)人呼吸空氣中氮氧化物的總量. 他們發(fā)現(xiàn)旅行對(duì)個(gè)人暴露劑量呈現(xiàn)不相稱的貢獻(xiàn)，因?yàn)樗麄儽炔叫姓吆万T自行車人群的活動(dòng)更多.

　　研發(fā)的各種新型裝置可以讓研究人員獲取關(guān)鍵性的暴露數(shù)據(jù)和個(gè)人暴露結(jié)果，與以前數(shù)據(jù)比較，這些暴露研究結(jié)果更加完善和科學(xué). 過去科學(xué)家們關(guān)心人體暴露的5個(gè)關(guān)鍵信息: 誰暴露(who)、暴露了什么(what)、暴露的時(shí)間(when)、暴露的地點(diǎn)(where)和為什么產(chǎn)生了暴露(why)，簡(jiǎn)稱5個(gè)W信息. 但僅知道這5個(gè)W信息是不夠的，仍無法建立暴露與疾病的真正關(guān)系. 而要解決這一問題就必須知道第6個(gè)重要的W信息: 哪一種暴露造成疾病(which). 各種組學(xué)及其分子技術(shù)學(xué)的介入有助于更清楚地了解第6個(gè)W信息. 但是基于遙感技術(shù)監(jiān)測(cè)人體外暴露和記錄個(gè)人行為活動(dòng)的研究處于起步階段，而這些技術(shù)也只僅適用于特定人群和監(jiān)測(cè)特定污染物，仍然無法完全獲知人體暴露組的外暴露全部信息，亦無法適用于公共人群的健康管理中，如何全面記錄個(gè)體和普通人群外暴露全部信息仍然是當(dāng)前的一大難題.

　　5.2 分子技術(shù)

　　理論上說，分子技術(shù)方法是組學(xué)技術(shù)的一部分，但與組學(xué)技術(shù)最大的差別在于這些分子技術(shù)手段是有目標(biāo)性的研究手段(targeted)，而通常所說的組學(xué)技術(shù)是無目標(biāo)性研究(untargeted). 通過這些有目標(biāo)性的技術(shù)去研究特殊的暴露及其相應(yīng)的分子組成特征，結(jié)合多種分子技術(shù)，對(duì)于表征總的暴露組特征極有價(jià)值. 例如Avi Spira利用人體通氣道中基因表達(dá)組分去發(fā)現(xiàn)身體對(duì)抽煙暴露響應(yīng)的分子標(biāo)志物. 現(xiàn)存的診斷測(cè)試肺癌技術(shù)包括層析成像與支氣管鏡檢查法，兩種方法結(jié)合起來診斷早期肺癌的靈敏度僅50%. 通過從正常的支氣管上皮細(xì)胞中提取RNA，并在微陣列上運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)了吸煙者體中存在80個(gè)明顯不同的基因表達(dá)從而導(dǎo)致氧化還原酶的增加，而這些基因表達(dá)是否最終發(fā)展為肺癌?采用生物標(biāo)志物芯片法診斷早期肺癌的發(fā)病率的靈敏度超過80%，如果與支氣管鏡檢查法結(jié)合可高達(dá)95%. 目前，獨(dú)立隊(duì)列研究中證實(shí)了生物芯片技術(shù)可大大提高生物標(biāo)志物的靈敏度，期望會(huì)成為一種支氣管鏡檢查法的輔助診斷手段. 又如，由于許多生殖方面的事件如排卵和受精不能直接觀察，而且存在較大的個(gè)體差異性，美國(guó)National Institutes of Health的Rajeshwari Sundaram開發(fā)了一種簡(jiǎn)單可行的手段去認(rèn)識(shí)環(huán)境暴露與生殖結(jié)局之間的關(guān)系. Sundaram等應(yīng)用商業(yè)化的受精監(jiān)測(cè)儀，檢測(cè)了參與人員中婦女體內(nèi)生殖荷爾蒙(estrone3glucuronide and luteinizing hormone)的波動(dòng). 這種低廉、易于操作且可靠的監(jiān)測(cè)儀將荷爾蒙組成直接上傳到網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)中，根據(jù)合適的受孕時(shí)間及檢測(cè)中丟失的數(shù)據(jù)及時(shí)向參與者提供反饋. 這種監(jiān)測(cè)儀是縱向觀察受精與環(huán)境研究(longitudinal investigation of fertility and the environment study，LIFE)的基本部分，這一研究主要評(píng)價(jià)持久性環(huán)境化學(xué)物影響人類生殖與發(fā)展. LIFE研究讓501對(duì)夫妻嘗試懷孕，研究者分析了參與志愿者血清中殘留的有機(jī)氯農(nóng)藥、多氯和多溴聯(lián)苯、多溴聯(lián)苯醚和全氟化合物，并面訪評(píng)價(jià)部分生活方式等影響因子，分析了持久性污染物的暴露對(duì)生殖能力的影響.

　　分子技術(shù)方法是一門較為成熟的技術(shù)手段，已廣泛應(yīng)用于臨床醫(yī)學(xué). 暴露組研究中借用分子技術(shù)手段，主要目的在于研究特殊暴露對(duì)人體健康的影響和復(fù)雜疾病病原的探究，當(dāng)前這些研究仍然無法全面闡明疾病與人體暴露之間的關(guān)聯(lián)，暴露組研究中借用該技術(shù)旨在明確二者之間的關(guān)系.

　　5.3 組學(xué)技術(shù)

　　從某種意義上說，暴露組的概念來源于基因組，因此有必要借鑒人類基因組研究的高通量技術(shù)手段去表征細(xì)胞、組織或體液中RNA表達(dá)(轉(zhuǎn)錄組)、蛋白質(zhì)(蛋白組)和代謝物(代謝組)等后期生物事件. 由于不同生長(zhǎng)環(huán)境和時(shí)期下相同細(xì)胞的基因表達(dá)情況不完全相同，轉(zhuǎn)錄組可以記錄特定功能下細(xì)胞全部轉(zhuǎn)錄本，不同人群暴露于外界環(huán)境不同，因此機(jī)體內(nèi)細(xì)胞基因表達(dá)亦會(huì)不同，例如在一些動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中揭示環(huán)境汞的暴露對(duì)大鼠腦即刻早期基因cjun、cfos mRNA轉(zhuǎn)錄和cjun、cfos蛋白表達(dá)存在明顯的影響. 因此通過轉(zhuǎn)錄組學(xué)可以更清楚地記錄環(huán)境因子對(duì)機(jī)體基因表達(dá)的影響. 蛋白質(zhì)是生命的物質(zhì)基礎(chǔ)，生物機(jī)體中所有細(xì)胞及其重要組成部分都有蛋白質(zhì)的參與，機(jī)體的細(xì)微變化都會(huì)引起蛋白質(zhì)譜的差異，各類疾病的發(fā)生同樣可以導(dǎo)致蛋白質(zhì)的改變; 反之，蛋白質(zhì)的改變可以導(dǎo)致疾病的發(fā)生，例如蛋白質(zhì)的過氧化可以導(dǎo)致衰老、糖尿病、慢性腎衰和感染等. 通過開展蛋白質(zhì)組學(xué)的研究記錄一個(gè)組織或細(xì)胞的全部蛋白質(zhì)表達(dá)水平、氨基酸序列和翻譯后加工以及蛋白質(zhì)相互作用等信息，在此基礎(chǔ)上可以了解細(xì)胞的各種生物化學(xué)過程以及病理反應(yīng). 同樣，環(huán)境暴露的污染物進(jìn)入機(jī)體，可能在機(jī)體中反應(yīng)，產(chǎn)生各種生物化學(xué)代謝物，通過代謝組學(xué)的研究可以清楚地記錄機(jī)體受到外界刺激(如暴露于環(huán)境污染等)后代謝產(chǎn)物的圖譜及其動(dòng)態(tài)變化. Elaine Holmes和她的同事表征了人類和其他動(dòng)物對(duì)化學(xué)暴露以及生活方式等因子或事件(如飲食以及早產(chǎn))響應(yīng)的代謝特征. 研究的突破點(diǎn)在于動(dòng)態(tài)檢測(cè)多種化合物. 利用核磁共振光譜或質(zhì)譜，以及主成分分析從體液或組織中獲取多種指紋. 研究發(fā)現(xiàn)，如果哺乳期的母親服用一種可以治療脹氣和發(fā)燒以及減緩病痛的非處方藥: 撲熱息痛，在嬰兒的尿液中亦能監(jiān)測(cè)出來. 然而這一研究捕捉非常短期的暴露和劑量，并不能代表?yè)錈嵯⑼吹谋┞稌?huì)對(duì)將來健康產(chǎn)生影響. 同時(shí)該研究小組也能觀測(cè)出當(dāng)野生動(dòng)物暴露于WHO推薦的暴露下限Cd濃度時(shí)，腎臟內(nèi)羥基丁二酸和乙酸酯增加，谷氨酸鹽和支鏈氨基酸卻減少. 在一項(xiàng)調(diào)查中，Holmes小組可以通過評(píng)價(jià)早期代謝產(chǎn)物的變化區(qū)分出成人屬于正常出生還是早產(chǎn). 她解釋道，當(dāng)一個(gè)嬰兒出生時(shí)，如早產(chǎn)等許多因素會(huì)影響腸道微生物的生長(zhǎng)，這些細(xì)菌隨著人群變化巨大，但依然能反映健康和疾病影響的代謝組成. 眾所周知，早產(chǎn)可以導(dǎo)致后期心血管疾病、代謝綜合征、腎臟疾病和其他負(fù)面健康，Thomas等評(píng)價(jià)了30個(gè)年輕成年人的代謝組成，發(fā)現(xiàn)早產(chǎn)人一些代謝產(chǎn)物明顯增加，這些代謝產(chǎn)物可用于識(shí)別炎癥或炎癥前期的癥狀. 因此代謝組可以精確地記錄生命期中與疾病息息相關(guān)的暴露.

　　內(nèi)外暴露將不斷引起機(jī)體生物化學(xué)信息庫(kù)的改變，而這些信息不僅與暴露相關(guān)，同時(shí)也與疾病的發(fā)生密不可分. 高通量組學(xué)技術(shù)的應(yīng)用讓我們知道這些暴露在機(jī)體內(nèi)發(fā)生變化，同時(shí)也讓我們了解了疾病發(fā)生的機(jī)理. 在疾病保護(hù)和診斷上確認(rèn)有用的分子標(biāo)志物，并根據(jù)個(gè)人的暴露組特征去發(fā)展新型的治療方法. 組學(xué)技術(shù)的發(fā)展，為了解疾病發(fā)病機(jī)理提供有價(jià)值的信息. 由于近年來人類基因組計(jì)劃(Human Genome Project，HGP)的成功實(shí)施，各種組學(xué)技術(shù)得到了快速的發(fā)展，尤其在無目標(biāo)性研究其中關(guān)鍵作用，全面地記錄了基因表達(dá)，轉(zhuǎn)錄，和代謝等全部信息，讓人們更加清楚自己機(jī)體發(fā)展的一切變化. 暴露組研究中必須運(yùn)用這些高通量技術(shù)全面記錄人體暴露過程中機(jī)體的一切改變，因此組學(xué)技術(shù)的運(yùn)用將決定暴露組研究的成敗.

　　6 挑戰(zhàn)及其展望

　　盡管暴露組的概念剛剛提出，但其內(nèi)涵和外延得到了不斷的完善和更新，生物標(biāo)志、個(gè)體檢測(cè)器、影像學(xué)等技術(shù)的進(jìn)步也會(huì)為暴露組的研究帶來空前的發(fā)展. 然而在當(dāng)前的技術(shù)手段和分析方法上仍然無法準(zhǔn)確定量一個(gè)人的暴露組，開展暴露組研究仍然需要從概念的內(nèi)涵上加以發(fā)展，同時(shí)分析技術(shù)手段和方法亦需要進(jìn)一步完善. 當(dāng)前下，暴露組研究面臨著諸多困難，概括而言，主要包括以下四個(gè)方面.

　　1)暴露組是個(gè)動(dòng)態(tài)的概念，這一動(dòng)態(tài)不僅體現(xiàn)在研究每個(gè)人每時(shí)每刻的總暴露，而且這一概念還受到其他學(xué)科和技術(shù)的發(fā)展而不斷擴(kuò)展其內(nèi)涵與外延. 暴露組研究人體從出生至生命結(jié)束整個(gè)生命過程中每時(shí)每刻暴露于外界環(huán)境(空氣、水、飲食)，以及社會(huì)環(huán)境和個(gè)人發(fā)展階段及行為，因此是在一個(gè)動(dòng)態(tài)的狀態(tài)下探討人體暴露與機(jī)體響應(yīng)的一門科學(xué). 同時(shí)隨著各種新型產(chǎn)品和污染物的出現(xiàn)，社會(huì)文化的發(fā)展、各種交往的滲透，氣候環(huán)境的變遷，暴露組的內(nèi)涵將逐漸加深，而外延也將不斷地?cái)U(kuò)展. 由于很多因素在當(dāng)前的認(rèn)識(shí)下無法預(yù)測(cè)，因此也為暴露組的研究增加了許多不確定因素.

　　2)暴露組是建立在暴露科學(xué)基礎(chǔ)上，并借鑒了基因組學(xué)的研究思路和統(tǒng)計(jì)方法，目前關(guān)于這些研究的信息多為零星和分散的，如何將這些數(shù)據(jù)整合歸納起來為暴露組的研究提供更有針對(duì)性的指導(dǎo)方案是一項(xiàng)巨大的工程. 關(guān)于人體暴露途徑、職業(yè)病調(diào)研、個(gè)別疾病的生物指標(biāo)和分子流行病等研究都已有了不同程度的開展，暴露組研究的開展應(yīng)借鑒這些方法和思路進(jìn)行更具有針對(duì)性的研究. 如何將這些已存在的結(jié)果整合起來，并建立其各種相互偶合關(guān)聯(lián)，為暴露組的研究思路和方法提供有效的信息，亦亟需開展. 同時(shí)暴露組檢測(cè)方法的進(jìn)步其發(fā)現(xiàn)的信息有利于個(gè)體健康保護(hù)，但公共健康影響才是暴露組的研究目標(biāo)，因此在當(dāng)前乃至今后很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，暴露組研究的最大障礙是如何將其應(yīng)用到公共人群的健康風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)和疾病控制等方面. 個(gè)體暴露組信息的完善是建立完整的公眾暴露組的第一步.

　　3)暴露組的研究將借助各種組學(xué)技術(shù)，但是如何把這些組合技術(shù)手段結(jié)合起來，發(fā)揮其最大作用，需要不斷地摸索. 而且這些技術(shù)并不能完全地解決暴露組的研究問題. 例如暴露組的研究重點(diǎn)在于捕捉各種內(nèi)在的分子標(biāo)志物，而并不是所有的污染物. 因此必須優(yōu)化這些技術(shù)手段的組合配置. 同時(shí)還需要加強(qiáng)國(guó)際合作，鼓勵(lì)多方位的金融投資，將特定人類染色體測(cè)序的工作分配給全世界不同的研究小組來共同完成，在地區(qū)層面上獲得當(dāng)?shù)乇┞缎畔⒀芯康某晒�，從而促進(jìn)暴露組數(shù)據(jù)庫(kù)的建立和共享，通過這種方式才可能使暴露組研究得到最快速地發(fā)展.

　　4)隨著各種技術(shù)手段的發(fā)展，對(duì)污染物暴露途徑、分子作用機(jī)理和疾病發(fā)生原委的認(rèn)識(shí)逐步清晰，然而由于社會(huì)經(jīng)濟(jì)等因素引發(fā)的社會(huì)暴露在這些技術(shù)手段上難以表征，解決社會(huì)干預(yù)、生物效應(yīng)和疾病風(fēng)險(xiǎn)之間復(fù)雜的關(guān)系必須通過社會(huì)學(xué)家、環(huán)境科學(xué)家、流行病學(xué)家、分子生物學(xué)家和其他領(lǐng)域科學(xué)家之間的密切合作才能共同完成.具體參見污水寶商城資料或http://www.yiban123.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

　　因此暴露組以一個(gè)全新的概念展現(xiàn)在人們面前，而且為人類健康帶來了無限希望，同時(shí)更多地為人們提供了了解自我的機(jī)會(huì)，亦為科學(xué)家們提供了更大的研究平臺(tái)和思考空間. 在可以預(yù)見的未來，隨著各種技術(shù)手段的進(jìn)步，各個(gè)學(xué)科的融合和交叉，以及各個(gè)領(lǐng)域科學(xué)家的緊密合作，逐步建立健全人類暴露組信息數(shù)據(jù)庫(kù)，揭開人體暴露、作用機(jī)制和疾病成因的本質(zhì)，為人類健康保護(hù)和疾病預(yù)防發(fā)揮重要作用.