1 立項(xiàng)背景及意義

隨著全球快速增長的人口規(guī)模以及物質(zhì)消耗水平，各類環(huán)境污染物排放量持續(xù)增加，環(huán)境污染已成為影響人類健康最主要的因素之一。世界衛(wèi)生組織（WHO）報(bào)道指出，約 24% 的全球疾病以及 23% 的死亡可能應(yīng)歸咎于環(huán)境因素。更為嚴(yán)重的是，環(huán)境污染的遠(yuǎn)期效應(yīng)，可對數(shù)代人的健康構(gòu)成危害，關(guān)系到人類的長遠(yuǎn)發(fā)展。環(huán)境污染的多元性給環(huán)境健康研究提出了新挑戰(zhàn)。污染與健康需要環(huán)境、生物和醫(yī)學(xué)等多學(xué)科的交叉。雖然污染導(dǎo)致健康危害已獲得共識，但環(huán)境污染引發(fā)相關(guān)疾病的分子機(jī)制仍是一個國際性科學(xué)難題，機(jī)體損傷機(jī)理至今尚未闡明。WHO 認(rèn)為通過預(yù)防不安全水和空氣污染等環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，每年可拯救約 400 萬 5 歲以下兒童的生命。同時(shí)，伴隨環(huán)境的改善，每年可預(yù)防全世界 1 300 萬人死于各類疾病。但由于該領(lǐng)域總體研究基礎(chǔ)薄弱，目前還無法實(shí)現(xiàn)環(huán)境技術(shù)干預(yù)下的健康保障。

我國正處于工業(yè)化中后期和城鎮(zhèn)化加速發(fā)展的階段，環(huán)境問題集中顯現(xiàn)，人群全方位暴露于嚴(yán)重復(fù)合污染的風(fēng)險(xiǎn)正在增加。據(jù)世界銀行統(tǒng)計(jì)，我國環(huán)境惡化造成的經(jīng)濟(jì)損失約占 GDP 的 10% 左右，而居民的健康代價(jià)更是無法估算。我國與環(huán)境污染密切相關(guān)的疾病顯著上升，多地出現(xiàn)的“癌癥村”均與環(huán)境污染密切相關(guān)，WHO 指出我國居民疾病的醫(yī)療負(fù)擔(dān)中 21% 來自環(huán)境污染因素。目前我國該領(lǐng)域總體研究基礎(chǔ)薄弱，難以支撐相關(guān)防治政策法規(guī)的制訂，更無法實(shí)現(xiàn)環(huán)境技術(shù)干預(yù)下的健康保障。另一方面，由于經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，發(fā)達(dá)國家百年間經(jīng)歷的不同污染階段的健康問題在我國短期集中顯現(xiàn)，獨(dú)有的環(huán)境污染特點(diǎn)決定了我國健康問題的特殊性，不能照搬國外研究模式和成果解析污染與相關(guān)疾病的因果關(guān)系，我國環(huán)境與健康研究需要理論與方法創(chuàng)新。開展環(huán)境污染與健康危害研究已成為改善民生、建設(shè)美麗中國和實(shí)現(xiàn)中華民族永續(xù)發(fā)展的重大需求。

2014 年中科院啟動戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（B 類）“典型污染物的環(huán)境暴露與健康危害機(jī)制”，擬通過交叉合作研究，揭示區(qū)域環(huán)境污染的人群暴露機(jī)制，以期在暴露與效應(yīng)生物標(biāo)志物、毒性通路干擾和表觀遺傳等污染所致健康危害的分子機(jī)理上取得突破。專項(xiàng)的主要研究內(nèi)容包括以下4個方面：典型區(qū)域與疾病高發(fā)人群的污染暴露組學(xué)、污染物的環(huán)境過程與生物有效性、污染物與生物分子的交互作用機(jī)制以及典型污染物的毒性與健康危害機(jī)制（圖 1）。

2 主要研究進(jìn)展

專項(xiàng)執(zhí)行兩年來，在典型區(qū)域人群的污染暴露組學(xué)、污染物與生物分子的交互作用、污染物的毒性與健康危害機(jī)制等方面取得了一批原創(chuàng)性的成果。兩年期間共發(fā)表 SCI 論文 345 篇，影響因子大于 5 的論文 125 篇，包括 Cell 2 篇，Nat. Nanotech.、Cell Stem Cell、Nat. Commun.各 1 篇，ES & T 36 篇。

（1）基礎(chǔ)研究方面取得重要進(jìn)展。以鹵代苯酚、多氯聯(lián)苯、多溴聯(lián)苯醚、全氟烷基羧酸等代表性鹵代有機(jī)化合物為研究對象，從分子、細(xì)胞、活體、理論計(jì)算等多個層面，系統(tǒng)研究了鹵代有機(jī)污染物致癌與發(fā)育毒性的分子機(jī)制。在 DNA 氧化損傷機(jī)制研究中，首次獲得醌碳自由基加合物的確鑿證據(jù)，為鹵代苯酚的致癌毒性提供了一個全新的分子毒理機(jī)制。研究還發(fā)現(xiàn)該機(jī)制適用于其他通過體內(nèi)代謝或化學(xué)脫鹵轉(zhuǎn)化成鹵代醌的許多鹵代有機(jī)污染物，是一個具有普適性的致癌新機(jī)制，得到國際同行的高度關(guān)注。

（2）關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用方面不斷取得突破。針對《斯德哥爾摩公約》新增和高關(guān)注的污染物，如短鏈氯化石蠟（SCCPs）、多氯萘（PCNs）、得克?。―CRP）、六氯丁二烯（HCBD）、毒殺芬（Toxaphene）、四溴雙酚 A（TBBPA）及其衍生物、甲基硅氧烷等，建立了多環(huán)境介質(zhì)中靈敏可靠的分析方法和樣品前處理技術(shù)，填補(bǔ)了這些污染物在分析方法上的空白。率先在國內(nèi)建立了符合國際標(biāo)準(zhǔn)的二噁英、PCBs 和 PBDEs 同時(shí)測定的方法體系，系統(tǒng)研究了從環(huán)境樣品的前處理、分離純化到檢測的新原理、新技術(shù)和新方法，為環(huán)境監(jiān)測技術(shù)進(jìn)步提供有力保障。

（3）建立了表面增強(qiáng)拉曼光譜原位快速測定砷濃度及價(jià)態(tài)的方法。基于便攜式光譜儀，方法測試精度達(dá)到飲用水指標(biāo)要求，檢測時(shí)間僅需 5 秒。此方法不僅適用于地下水基質(zhì)，還適用于土壤、果汁及紅酒，極大地提高了現(xiàn)場研究的效率和精度。研發(fā)出具有高效吸附容量及化學(xué)穩(wěn)定性，并可循環(huán)使用的新型納米材料，應(yīng)用于處理回收高砷污酸廢水以及含砷地下水。專項(xiàng)設(shè)計(jì)合成的活性納米 TiO2（圖 2），除砷效率（＞95%）遠(yuǎn)高于市售國產(chǎn)及美國生產(chǎn)的 TiO2 吸附劑（<50%）。吸附了砷的活性納米 TiO2 經(jīng)過堿洗再生后，可重復(fù)利用。另外，再生液加熱結(jié)晶生成亞砷酸鈉，可作為工業(yè)原料，實(shí)現(xiàn)了砷的回收。該技術(shù)在我國典型砷污染地區(qū)得到應(yīng)用，專項(xiàng)研究人員設(shè)計(jì)的小型家用濾水器的濾芯，可將該區(qū)域原水的砷濃度從 600 μg/L 降至小于 10 μg/L，達(dá)到飲用水指標(biāo)。飲用結(jié)果表明，當(dāng)?shù)鼐用衲驑又猩榈暮繚舛染忻黠@下降，說明使用 TiO2 小型處理器后，村民攝入的砷含量明顯減少，砷的毒害得到了有效控制。

3 獨(dú)創(chuàng)性

（1）通過效應(yīng)導(dǎo)向技術(shù)在環(huán)境中發(fā)現(xiàn)了若干新型有毒污染物，并由逐一化合物發(fā)現(xiàn)發(fā)展到效應(yīng)導(dǎo)向的高通量篩選，由偶然的個別發(fā)現(xiàn)向系統(tǒng)的規(guī)律性發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)變（圖 3）。例如，專項(xiàng)發(fā)現(xiàn)了兩種從未報(bào)道的氯代多氟烷基取代醚基磺酸鹽（Cl-PFAES）化合物，并在國際上首次獲得了兩種典型 Cl-PFAES 的高純度標(biāo)準(zhǔn)樣品，相關(guān)研究得到了國際同行的高度關(guān)注。2015 年 7 月，專項(xiàng)首席科學(xué)家江桂斌院士應(yīng)邀作為美國 Fluoros 2015 大會的組織委員（organizing committee），主持了風(fēng)險(xiǎn)評估部分的討論。專項(xiàng)研究人員與美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院和日本國立環(huán)境研究所達(dá)成了 Cl-PFAES 標(biāo)準(zhǔn)樣品的共享和合作協(xié)議。著名環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)樣品生產(chǎn)商 Wellington Laboratories Inc. 將根據(jù)專項(xiàng)提供的技術(shù)資料生產(chǎn)天然和同位素標(biāo)記的Cl-PFAES商品化標(biāo)準(zhǔn)樣品。

（2）發(fā)現(xiàn)了環(huán)境中汞的甲基化新機(jī)理（圖 4）。發(fā)現(xiàn)天然水體中二價(jià)汞以及低價(jià)態(tài)的一價(jià)汞、零價(jià)汞均可被碘甲烷甲基化，該反應(yīng)依賴于日光照射。而在去離子水中，僅低價(jià)態(tài)的一價(jià)汞、零價(jià)汞可被碘甲烷甲基化?；诖耍岢隽说饧淄閷o機(jī)汞的光化學(xué)甲基化的兩步機(jī)制：①二價(jià)汞光還原生成一價(jià)汞與零價(jià)汞；②碘甲烷光解生成甲基自由基與甲基正離子，進(jìn)一步與一價(jià)汞與零價(jià)汞結(jié)合，生成高毒性的甲基汞。隨著新型熏蒸劑農(nóng)藥碘甲烷的大量使用，將會使天然水體中甲基汞濃度顯著增加，從而對生物體健康產(chǎn)生影響。成果在Nat. Commun.發(fā)表后，Nature 網(wǎng)頁以“Common fumigantfound to methylate mercury”（《常用熏蒸劑可使汞甲基化》）為題對這一工作進(jìn)行了重點(diǎn)介紹。

（3）在表觀遺傳學(xué)研究方面取得原創(chuàng)性突破。首次證明了果蠅基因組中存在 6mA 修飾，并且證明該修飾在胚胎發(fā)育的早期階段受到去甲基化酶 DMAD（果蠅Tet 同源蛋白）的精確調(diào)控。同時(shí)，證明了 DMAD 在體內(nèi)具有催化果蠅基因組 6mA 的去甲基化的功能。體外實(shí)驗(yàn)也表明 DMAD 具有直接催化 6mA 去甲基化酶的活性。此外，通過進(jìn)一步對 DMAD 突變體及野生型果蠅卵巢基因組 DNA 的 MeDIP 高通量測序，發(fā)現(xiàn)果蠅卵巢基因組中的 6mA 修飾經(jīng)常發(fā)生于轉(zhuǎn)座子區(qū)域，特別是在 DMAD 突變體中，位于轉(zhuǎn)座子區(qū)域的修飾顯著增加。表明 DMAD 可能通過降低轉(zhuǎn)座子區(qū)域的 6mA 修飾來調(diào)控轉(zhuǎn)座子的表達(dá)。該項(xiàng)研究揭示了真核生物 DNA 新修飾形式，相關(guān)成果發(fā)表在 Cell 上（圖 5）。

4 專項(xiàng)對學(xué)科發(fā)展和人才隊(duì)伍建設(shè)的推動

專項(xiàng)的實(shí)施將形成我國環(huán)境與健康領(lǐng)域優(yōu)勢集群，培育具有國際影響的學(xué)術(shù)團(tuán)隊(duì)，提出我國環(huán)境與健康研究的路線圖，引導(dǎo)和推動我國環(huán)境與健康學(xué)科的發(fā)展。

針對一些有關(guān)環(huán)境與健康的重要問題，專項(xiàng)提出和組織了多次高層研討會，如以“環(huán)境污染的毒理與健康研究方法學(xué)”為題的國家自然科學(xué)基金委第 111 期雙清論壇、以“持久性有毒污染物的環(huán)境暴露與健康效應(yīng)”為題的第 515 次香山科學(xué)會議。通過這些會議的召開，有力地推動了國內(nèi)相關(guān)研究的投入和發(fā)展。

在專項(xiàng)前期的推動下，由環(huán)境化學(xué)與生態(tài)毒理學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室提出的國家自然科學(xué)基金重大研究計(jì)劃“大氣細(xì)顆粒及相關(guān)污染物的毒理評價(jià)與健康效應(yīng)”已獲基金委立項(xiàng)，并于 2015 年初啟動。該計(jì)劃將整合環(huán)境化學(xué)、環(huán)境毒理、生命、醫(yī)學(xué)及地學(xué)知識背景的隊(duì)伍，在大氣污染的毒理機(jī)制、暴露評價(jià)方法及表觀遺傳影響等健康危害方面開展深入研究，促成我國環(huán)境污染與健康研究的跨越發(fā)展。

環(huán)境與健康既是典型的多學(xué)科交叉研究領(lǐng)域，又是亟需從實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)研究走向?qū)嶋H疾病預(yù)防與風(fēng)險(xiǎn)防范的轉(zhuǎn)化科學(xué)典型范例。為推動專項(xiàng)的實(shí)施，專項(xiàng)依托單位和參加單位組織了一支優(yōu)勢的研究隊(duì)伍，覆蓋了環(huán)境科學(xué)、毒理學(xué)和醫(yī)學(xué)三大學(xué)科領(lǐng)域，核心團(tuán)隊(duì)目前擁有研究骨干 170 多人，包括 1 位院士和 10 位國家杰出青年科學(xué)基金獲得者。項(xiàng)目執(zhí)行期間，專項(xiàng)人才隊(duì)伍不斷調(diào)整和擴(kuò)大，專項(xiàng) 2014-2015 年間引入“千人”1 名，“青千”2 名。同時(shí)，專項(xiàng)也不斷加強(qiáng)青年人才的培養(yǎng)，2014-2015 年期間，研究團(tuán)隊(duì)中有 5 人獲得“杰青”，8 人獲得“優(yōu)青”，1 人入選中組部“萬人”。Francesco Faiola 是專項(xiàng)引進(jìn)的一位外籍研究員，長期從事胚胎干細(xì)胞多能性分子機(jī)制及體細(xì)胞重編程機(jī)制的研究，在 Nature、PNAS 等國際著名雜志發(fā)表了一系列文章。作為課題負(fù)責(zé)人，F(xiàn)rancesco Faiola 結(jié)合干細(xì)胞生物學(xué)與環(huán)境毒理學(xué)的交叉發(fā)展趨勢，提出了干細(xì)胞毒理學(xué)的新研究方向，并領(lǐng)導(dǎo)建立了國際上第一個專門研究污染物對干細(xì)胞影響的毒理學(xué)實(shí)驗(yàn)室。

5 未來展望

如上所述，由于經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，發(fā)達(dá)國家百年發(fā)展過程經(jīng)歷的不同污染階段所產(chǎn)生的健康問題在我國集中顯現(xiàn)。由于我國環(huán)境污染的自身特點(diǎn)，污染的環(huán)境暴露與健康危害與發(fā)達(dá)國家差異顯著，無法照搬國外研究模式與結(jié)論?！暗湫臀廴疚锏沫h(huán)境暴露與健康危害機(jī)制”先導(dǎo)專項(xiàng)的設(shè)立，將奠定我國在環(huán)境與健康研究領(lǐng)域的學(xué)科發(fā)展和人才隊(duì)伍基礎(chǔ)，為解決中國環(huán)境污染導(dǎo)致的健康問題提供理論和方法的支撐。

未來專項(xiàng)將以環(huán)境污染導(dǎo)致的健康危害問題為目標(biāo)，整合環(huán)境、毒理、醫(yī)學(xué)、流行病學(xué)和生命科學(xué)等知識背景的隊(duì)伍，按照“多元知識結(jié)構(gòu)的團(tuán)隊(duì)集中攻關(guān)”的研究思路，協(xié)同開展環(huán)境污染導(dǎo)致健康危害的分子機(jī)制、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)報(bào)預(yù)警、干預(yù)與消除、新技術(shù)方法及儀器開發(fā)等研究，提升環(huán)境與健康研究的理論和技術(shù)水平，引導(dǎo)領(lǐng)域研究從被動追源向主動防御轉(zhuǎn)變。

（依托單位：中科院生態(tài)環(huán)境中心）

專家點(diǎn)評

環(huán)境污染導(dǎo)致的健康危害已經(jīng)引起了世界各國的廣泛關(guān)注，但污染物引發(fā)相關(guān)疾病的分子機(jī)制仍是一個國際性的科學(xué)難題。中國正處于經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的時(shí)期，經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來的環(huán)境污染和健康問題是中國現(xiàn)在和未來所要面對的一個重大社會問題。中科院設(shè)立的“典型污染物的環(huán)境暴露與健康危害機(jī)制”戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)將開創(chuàng)中國環(huán)境與健康研究新領(lǐng)域，奠定學(xué)科發(fā)展和人才隊(duì)伍基礎(chǔ)，為解決中國環(huán)境污染導(dǎo)致的健康問題提供理論和方法的支撐。該項(xiàng)目具有以下 4 個特點(diǎn)。（1）特色鮮明，研究路線清晰。通過污染物的毒理效應(yīng)分子機(jī)制研究，將環(huán)境暴露組與區(qū)域健康問題有效“橋”聯(lián)。（2）基礎(chǔ)研究成果突出。在污染物誘發(fā) DNA 損傷以及表觀遺傳變化的分子機(jī)理研究方面取得重要進(jìn)展，成果在 Cell 、Cell Stem Cell 、PNAS 等高水平雜志上發(fā)表。（3）全鏈條設(shè)計(jì)。研究內(nèi)容涵括了暴露組學(xué)、分子相互作用、健康機(jī)制等研究內(nèi)容，并延伸到風(fēng)險(xiǎn)預(yù)報(bào)預(yù)警和危害干預(yù)與消除等研究方向。（4）多元知識結(jié)構(gòu)的研究團(tuán)隊(duì)。研究團(tuán)隊(duì)包括了環(huán)境科學(xué)、化學(xué)、毒理學(xué)、生命科學(xué)、醫(yī)學(xué)及流行病學(xué)等領(lǐng)域的專家和研究人員，充分體現(xiàn)學(xué)科交叉。

由于環(huán)境與健康問題的高度復(fù)雜性，該領(lǐng)域的研究需要穩(wěn)定的隊(duì)伍和長期的支持，通過培育具有國際競爭力的學(xué)術(shù)團(tuán)隊(duì)，引導(dǎo)和推動中國環(huán)境與健康學(xué)科的發(fā)展。

點(diǎn)評專家

樂曉春（X. Chris Le） 加拿大皇家科學(xué)院院士，加拿大自然科學(xué)與工程研究院 E.W.R. Steacie MemorialFellowship 獎獲得者。加拿大阿爾伯塔大學(xué)杰出教授（Distinguished University Professor）、分析和環(huán)境毒理研究室主任，加拿大生物分析技術(shù)和環(huán)境健康領(lǐng)域首席科學(xué)家，主要從事生物分析化學(xué)、環(huán)境健康、環(huán)境毒理、基因損傷和修復(fù)等研究，在 Science、PNAS 等高水平期刊發(fā)表研究論文200余篇，擔(dān)任 Journal of EnvironmentalSciences、Environmental Health Perspectives、Analytical Chemistry 等雜志的主編或副主編。

專家點(diǎn)評

由于中國環(huán)境污染的自身特點(diǎn)，污染的暴露劑量及所產(chǎn)生的健康危害與發(fā)達(dá)國家差異顯著，無法照搬國外研究模式與結(jié)論，需要在理論和方法學(xué)上開展創(chuàng)新性的研究?！暗湫臀廴疚锏沫h(huán)境暴露與健康危害機(jī)制”先導(dǎo)專項(xiàng)聯(lián)合了環(huán)境化學(xué)、毒理學(xué)和流行病學(xué)等領(lǐng)域的高水平專家，針對國內(nèi)環(huán)境污染的特點(diǎn)，聚焦典型污染物的環(huán)境暴露與健康危害機(jī)制這一核心科學(xué)問題，在新型污染物的識別、污染物的暴露組學(xué)、污染物與生物分子的相互作用，以及污染物毒性與健康危害機(jī)制等方面取得了一系列原創(chuàng)性的研究成果。例如，通過效應(yīng)導(dǎo)向技術(shù)在環(huán)境中發(fā)現(xiàn)新型有毒污染物，由逐一化合物發(fā)現(xiàn)向效應(yīng)導(dǎo)向的高通量篩選發(fā)展，由偶然性的個別發(fā)現(xiàn)向系統(tǒng)的規(guī)律性推導(dǎo)及驗(yàn)證轉(zhuǎn)變；首次證明了果蠅基因組中存在 6mA 修飾，以及該修飾在胚胎發(fā)育的早期階段受到去甲基化酶 DMAD 的精確調(diào)控，在表觀遺傳研究領(lǐng)域取得了重要突破。項(xiàng)目的完成將引導(dǎo)和推動國內(nèi)環(huán)境與健康學(xué)科的發(fā)展，并為區(qū)域疾病高發(fā)的環(huán)境污染尋因和保障技術(shù)的研發(fā)提供有力的科學(xué)支持。

點(diǎn)評專家

李向東香港理工大學(xué)土木及環(huán)境工程學(xué)系講座教授（Chair Professor），香港理工大學(xué)建設(shè)及環(huán)境學(xué)院副院長（研究）。國家杰出青年科學(xué)基金（海外 B 類）獲得者,中科院海外評審專家,國際著名雜志 Environ.Sci. Technol. 副主編。已發(fā)表 SCI 論文 160 余篇，SCI 他引 9 000 多次，其中 5 篇成為環(huán)境及地學(xué)領(lǐng)域引用率最高1% 的論文。主要研究領(lǐng)域包括毒害污染物的區(qū)域污染、城市環(huán)境地球化學(xué)和污染土壤的植物修復(fù)等。

相關(guān)知識

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暴露組學(xué)在識別環(huán)境污染物及其健康危害中的應(yīng)用進(jìn)展
江桂斌、宋茂勇等：環(huán)境暴露與健康效應(yīng)
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環(huán)境污染物聯(lián)合暴露的人體健康累積風(fēng)險(xiǎn)評估研究進(jìn)展

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