導致人體健康風險的主要因素是基因還是環境暴露？

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20世紀生物科學技術的發展，特別是70年代DNA 重組技術的成功（Friedmann，1992），為保護人體健康提供了強有力的工具。基因組學的發展讓人們預測未來人類可免受疾病的危害（Chapman and Hill，2012；Harris andHirschhorn，1982；Lander et al.，2001）。但事實上，人類基因組學技術的進步並未為疾病控制帶來本質上的變化（Hirschhorn et al.，2002；Mullighan et al.，2008），原因是對於大多數疾病而言，基因與環境等多種因素共同影響疾病的發生（Edwards and Myers，2007；Manodori et al.，2006）。科學家認為，基因對人類疾病的影響可能只佔不到10%（Arnaud，2010；Lichtenstein etal.，2000；Manolio et al.，2009）。由此可見，導致人體健康風險的主要因素是環境暴露，但目前對於基因組研究的投入力度要遠遠大於研究環境如何影響人體健康的投入（Hamzelou，2010）。可以預見，對人體暴露的研究將會日益受到重視，隨之而來的一些新概念和新技術亦會不斷出現，並推動學科之間的進一步交叉、融合。而未來的研究也將緊緊圍繞污染物如何進入人體、體內生化作用以及機體響應等關鍵界面過程開展，同時對環境因素的考慮亦會越來越全面；動態累積過程以及社會因素的影響都會逐步得到重視。

環境污染物質與社會因素共同影響人體健康的機制

影響環境健康的眾多因素需要在一個框架下綜合考慮。首先需要考慮環境的因素，其次是人的因素，介於這兩者之間的是暴露。環境健康風險評價就是結合這三方面對風險的測量。一般的風險評價模型主要是由科學家所研發的，但很多社會因素會對污染物的濃度、強度、人體暴露途徑和暴露時間等有所影響。以某市的空氣污染為例，首先通過監測、調查和模擬了解當地的污染濃度和強度，來自哪些企業，進而對這些企業進行排放的模擬和計算—這是點源排放；其次是道路上的線源排放，但城市裡的空氣污染水平不是每天24 h 都完全一樣的，可能在上下班的交通高峰期會比較高；最後計算面源排放。在計算中，對未成年人、老年人、青壯年人要有所區分。

當今人類社會已經進入了風險社會的階段，而且從未面臨過像今天這樣眾多的風險。其原因是多方面的，有全球層面和區域層面的，有經濟因素和社會因素引起的，也有可能是科學技術進步自身所造成的。從特徵上看，有些風險來自自然界，但更多的是人類活動帶來的。風險評價在風險社會裡非常重要，它實際上代表著文明的進步，以積極主動的方式對不可預知後果的預見，從而使得人們能夠採取預防性的措施和相應的制度。風險評價的基礎和本質是自然科學，但是評價結果常常受到社會因素的影響；同時，評估價結果應該為包括政府和公眾在內的社會所接受，因而需要更多的社會科學研究者來關注。

利用基因組學和代謝組學技術研究環境污染物質對人體健康的影響

代謝組學是效仿基因組學和蛋白質組學的研究思想，對生物體內所有代謝物進行定量分析，並尋找代謝物與生理病理變化的相對關係的研究方式，是系統生物學的組成部分。毒物基因組學是將基因組信息和技術應用於毒理學研究的一門新興學科，其快速發展為毒理學開闢了新的研究領域。毒物基因組學的基本方法是通過觀察生物在接觸毒物後基因表達譜的變化，篩選毒性相關基因、揭示毒作用的基因表達譜、快速篩選毒物、在基因組水平對化學物進行分類、篩選和檢測基因多態性、檢測基因突變、進行安全性評價等，從而解決諸如化學物的聯合作用、高通量篩選對人體有毒性作用或者潛在毒作用的化學物、研究毒作用機制等毒理學研究上的關鍵問題（周莉芳和夏昭林，2010）。

應用生物監測評價內暴露：隨著基因組和生物信息技術的進步，暴露科學也從收集少量的污染物外暴露數據（包括接觸的位置、次數和個體），逐步發展到綜合評價人群中多種污染物的內暴露。目前三個領域在生物監測中最為廣泛：測定內暴露，更接近生物作用靶區處污染物內暴露的測定；測定暴露的生物特徵，更好反映某一污染物特定生物途徑內暴露的凈生物作用，如DNA 或蛋白質的氧化改變可以用於表徵氧化物和抗氧化劑的凈內暴露；這些測量有助於了解暴露-疾病之間的關係，但對確定某一污染物的生物作用具有局限性；測定內暴露的生化指標，定量確認對特定環境脅迫下高內暴露的人群。

複合環境污染物質的人體健康效應

日常生活中人們接觸到各種化學物質組成的混合物，對人體構成的健康風險可能是單一化學物質無可比擬的。主要體現在：特定情況下，化學物質可能聯合反應，影響毒性的整體水平；普通行為模式的化學物質聯合反應產生的組合效應可能高於單一成分產生反應；如果混合物中某一單一成分在安全值範圍內，但混合物總效果是否亦在安全閾值內，至今未有充分證據；化學物質混合物組合數不勝數，對人類和環境健康的影響難以逐一確定，因此需考慮設定優先進行風險評估的混合物清單（Priority Mixtures）；對化學物質混合物的評估缺乏暴露數據，目前僅掌握了少量化學物質的作用方式信息，需要進一步研究多種污染物進入體內進行聯合作用。

高通量的組學技術可檢測基因表達、蛋白質的變化，為研究混合物暴露後化合物之間的協同作用或拮抗作用提供了一種全新的方法。通過比較某一混合物與已知的遺傳毒性物質的基因表達模式，可以判定其中的微量污染，這在混合物的毒性和作用機制探究中具有重要意義。系統毒理學可以方便地進行交叉設計、均勻設計等各類拆分研究，從而可以方便地研究混合組分的交互作用（王先良等，2007）。

環境污染物質對人體健康影響的長期效應

為更客觀地評估人體暴露於環境污染物情況，研究學者提出了暴露組的概念，即一個人從胚胎到生命最後一生中各種暴露包括內暴露和外暴露的總記錄。這些暴露涉及外界環境污染、社會因素、個人的生活方式以及個體對這些因素的響應（Wild，2005）。

這一概念看似簡單，但其含義極其巨大；我們無法完全地獲取每個人的暴露組，但是其部分特徵卻對我們非常有用。

Rappaport 和Smith 則用電影來比喻終生環境暴露，如果一個人的終生環境暴露可以理解為一部2 個小時的電影，則每一個畫面都是一次暴露事件；如果將2 h 電影濃縮至30 s 預告片，則你可能得到非常少的畫面，但是這些畫面對認識這部電影極其重要（Arnaud，2010）。可以想像將來在分子流行病學研究中，每個人的暴露組會與疾病人群和健康人群形成對照，也會與每個人不同生命階段的個人用藥形成對比。無論哪種目的，都志在找出造成疾病的原因，從而確認和消除或減少有害暴露。如果暴露組在暴露科學中有用的話，必須去表徵每個人的暴露組，觀測其變化原因。Rappaport 給出了表徵暴露組的方法（Rappaport，2011），如下圖所示。

圖 研究「暴露組」「自下而上」法和「自上而下」法

「自下而上」法：這種方法關注每一類外在暴露（包括大氣、水、日常飲食、輻射和生活方式等）的污染物濃度，估算個人暴露組。科學家們呼籲使用這一方法，原因是同一環境介質中污染物濃度可以長期觀測，有利於消除或減小人體暴露；但這一方法要求監測各種環境介質中大量未知污染物，同時也丟失了對內在暴露的信息。

「自上而下」法：有些科學家則呼籲應用非靶性組學包括各種基因組、蛋白質組和代謝組學等方法去測定體液中暴露特徵，用生物監測如血液中基因表達、蛋白質加合物和代謝產物等方法去評價暴露程度；這種方法更加有效，因為可以通過單一的樣本如血液去代表內在的和外在的暴露，同時這種方法更有利於研究疾病人群和健康人群中的組學特點來對照全基因組關聯分析（Patel et al.，2010）。

愛護我們的地球母親，給孩子們一個美好的環境。

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本文摘編自中國科學院編「中國學科發展戰略」叢書《中國學科發展戰略?環境科學》（北京：科學出版社,2016.12），內容略有刪節。

ISBN：978-7-03-047553-4

責任編輯：楊嬋娟

「中國學科發展戰略」叢書由以院士為主體、眾多專家參與的學科發展戰略研究組經過深入調查和廣泛研討共同完成，涉及自然科學各學科領域，旨在系統分析有關學科的發展態勢和規律，提煉關鍵學科理論和技術問題，提出學科創新發展的新思想和新方法，並為學科的均衡發展提供政策和措施建議。

《中國學科發展戰略?環境科學》包括學科基礎、環境過程、環境效應、相關學科四部分。其中，學科基礎主要涉及環境化學、環境地球化學、區域環境污染三個領域，環境過程主要分析大氣環境、水環境、土壤環境、水體富營養化四個核心問題，環境效應重點探討環境與健康、環境毒理與環境基準、生態風險問題，相關學科選擇水文水資源、全球變化生態學、恢復生態學、環境山地災害、近代環境變化領域進行分析。

本書能夠幫助科技工作者洞悉學科發展規律、把握前沿領域和重點方向，是科技管理部門重要的決策參考；同時也是社會公眾了解環境科學系統發展現狀及趨勢的重要讀本。

（本期責編：王芳）

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