1 立項背景及意義

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）報道指出，約 24% 的全球疾病以及 23% 的死亡可能應歸咎于環(huán)境因素。更為嚴重的是，環(huán)境污染的遠期效應，可對數(shù)代人的健康構(gòu)成危害，關(guān)系到人類的長遠發(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)學等多學科的交叉。雖然污染導致健康危害已獲得共識，但環(huán)境污染引發(fā)相關(guān)疾病的分子機制仍是一個國際性科學難題，機體損傷機理至今尚未闡明。WHO 認為通過預防不安全水和空氣污染等環(huán)境風險，每年可拯救約 400 萬 5 歲以下兒童的生命。同時，伴隨環(huán)境的改善，每年可預防全世界 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，目前還無法實現(xiàn)環(huán)境技術(shù)干預下的健康保障。

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重復合污染的風險正在增加。據(jù)世界銀行統(tǒng)計，我國環(huán)境惡化造成的經(jīng)濟損失約占 GDP 的 10% 左右，而居民的健康代價更是無法估算。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)療負擔中 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，更無法實現(xiàn)環(huán)境技術(shù)干預下的健康保障。另一方面，由于經(jīng)濟的快速發(fā)展，發(fā)達國家百年間經(jīng)歷的不同污染階段的健康問題在我國短期集中顯現(xiàn)，獨有的環(huán)境污染特點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)略性先導科技專項（B 類）“典型污染物的環(huán)境暴露與健康危害機制”，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制，以期在暴露與效應生物標志物、毒性通路干擾和表觀遺傳等污染所致健康危害的分子機理上取得突破。專項的主要研究內(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、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制以及典型污染物的毒性與健康危害機制（圖 1）。

2 主要研究進展

專項執(zhí)行兩年來，在典型區(qū)域人群的污染暴露組學、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化合物為研究對象，從分子、細胞、活體、理論計算等多個層面，系統(tǒng)研究了鹵代有機污染物致癌與發(fā)育毒性的分子機制。在 DNA 氧化損傷機制研究中，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制。研究還發(fā)現(xiàn)該機制適用于其他通過體內(nèi)代謝或化學脫鹵轉(zhuǎn)化成鹵代醌的許多鹵代有機污染物，是一個具有普適性的致癌新機制，得到國際同行的高度關(guān)注。

（2）關(guān)鍵技術(shù)及應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）、得克隆（DCRP）、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)建立了符合國際標準的二噁英、PCBs 和 PBDEs 同時測定的方法體系，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)進步提供有力保障。

（3）建立了表面增強拉曼光譜原位快速測定砷濃度及價態(tài)的方法。基于便攜式光譜儀，方法測試精度達到飲用水指標要求，檢測時間僅需 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穩(wěn)定性，并可循環(huán)使用的新型納米材料，應用于處理回收高砷污酸廢水以及含砷地下水。專項設(shè)計合成的活性納米 TiO2（圖 2），除砷效率（＞95%）遠高于市售國產(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)得到應用，專項研究人員設(shè)計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，達到飲用水指標。飲用結(jié)果表明，當?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 獨創(chuàng)性

（1）通過效應導向技術(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)展到效應導向的高通量篩選，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，專項發(fā)現(xiàn)了兩種從未報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 的高純度標準樣品，相關(guān)研究得到了國際同行的高度關(guān)注。2015 年 7 月，專項首席科學家江桂斌院士應邀作為美國 Fluoros 2015 大會的組織委員（organizing committee），主持了風險評估部分的討論。專項研究人員與美國國家標準與技術(shù)研究院和日本國立環(huán)境研究所達成了 Cl-PFAES 標準樣品的共享和合作協(xié)議。著名環(huán)境標準樣品生產(chǎn)商 Wellington Laboratories Inc. 將根據(jù)專項提供的技術(shù)資料生產(chǎn)天然和同位素標記的Cl-PFAES商品化標準樣品。

（2）發(fā)現(xiàn)了環(huán)境中汞的甲基化新機理（圖 4）。發(fā)現(xiàn)天然水體中二價汞以及低價態(tài)的一價汞、零價汞均可被碘甲烷甲基化，該反應依賴于日光照射。而在去離子水中，僅低價態(tài)的一價汞、零價汞可被碘甲烷甲基化?；诖耍岢隽说饧淄閷o機汞的光化學甲基化的兩步機制：①二價汞光還原生成一價汞與零價汞；②碘甲烷光解生成甲基自由基與甲基正離子，進一步與一價汞與零價汞結(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》）為題對這一工作進行了重點介紹。

（3）在表觀遺傳學研究方面取得原創(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，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。體外實驗也表明 DMAD 具有直接催化 6mA 去甲基化酶的活性。此外，通過進一步對 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。該項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 專項對學科發(fā)展和人才隊伍建設(shè)的推動

專項的實施將形成我國環(huán)境與健康領(lǐng)域優(yōu)勢集群，培育具有國際影響的學術(shù)團隊，提出我國環(huán)境與健康研究的路線圖，引導和推動我國環(huán)境與健康學科的發(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”為題的國家自然科學基金委第 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”為題的第 515 次香山科學會議。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。

在專項前期的推動下，由環(huán)境化學與生態(tài)毒理學國家重點實驗室提出的國家自然科學基金重大研究計劃“大氣細顆粒及相關(guān)污染物的毒理評價與健康效應”已獲基金委立項，并于 2015 年初啟動。該計劃將整合環(huán)境化學、環(huán)境毒理、生命、醫(yī)學及地學知識背景的隊伍，在大氣污染的毒理機制、暴露評價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科交叉研究領(lǐng)域，又是亟需從實驗室基礎(chǔ)研究走向?qū)嶋H疾病預防與風險防范的轉(zhuǎn)化科學典型范例。為推動專項的實施，專項依托單位和參加單位組織了一支優(yōu)勢的研究隊伍，覆蓋了環(huán)境科學、毒理學和醫(yī)學三大學科領(lǐng)域，核心團隊目前擁有研究骨干 170 多人，包括 1 位院士和 10 位國家杰出青年科學基金獲得者。項目執(zhí)行期間，專項人才隊伍不斷調(diào)整和擴大，專項 2014-2015 年間引入“千人”1 名，“青千”2 名。同時，專項也不斷加強青年人才的培養(yǎng)，2014-2015 年期間，研究團隊中有 5 人獲得“杰青”，8 人獲得“優(yōu)青”，1 人入選中組部“萬人”。Francesco Faiola 是專項引進的一位外籍研究員，長期從事胚胎干細胞多能性分子機制及體細胞重編程機制的研究，在 Nature、PNAS 等國際著名雜志發(fā)表了一系列文章。作為課題負責人，F(xiàn)rancesco Faiola 結(jié)合干細胞生物學與環(huán)境毒理學的交叉發(fā)展趨勢，提出了干細胞毒理學的新研究方向，并領(lǐng)導建立了國際上第一個專門研究污染物對干細胞影響的毒理學實驗室。

5 未來展望

如上所述，由于經(jīng)濟的快速發(fā)展，發(fā)達國家百年發(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，污染的環(huán)境暴露與健康危害與發(fā)達國家差異顯著，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制”先導專項的設(shè)立，將奠定我國在環(huán)境與健康研究領(lǐng)域的學科發(fā)展和人才隊伍基礎(chǔ)，為解決中國環(huán)境污染導致的健康問題提供理論和方法的支撐。

未來專項將以環(huán)境污染導致的健康危害問題為目標，整合環(huán)境、毒理、醫(yī)學、流行病學和生命科學等知識背景的隊伍，按照“多元知識結(jié)構(gòu)的團隊集中攻關(guān)”的研究思路，協(xié)同開展環(huán)境污染導致健康危害的分子機制、風險預報預警、干預與消除、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）

專家點評

環(huán)境污染導致的健康危害已經(jīng)引起了世界各國的廣泛關(guān)注，但污染物引發(fā)相關(guān)疾病的分子機制仍是一個國際性的科學難題。中國正處于經(jīng)濟快速發(fā)展的時期，經(jīng)濟發(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制”戰(zhàn)略性先導科技專項將開創(chuàng)中國環(huán)境與健康研究新領(lǐng)域，奠定學科發(fā)展和人才隊伍基礎(chǔ)，為解決中國環(huán)境污染導致的健康問題提供理論和方法的支撐。該項目具有以下 4 個特點。（1）特色鮮明，研究路線清晰。通過污染物的毒理效應分子機制研究，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理研究方面取得重要進展，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。研究內(nèi)容涵括了暴露組學、分子相互作用、健康機制等研究內(nèi)容，并延伸到風險預報預警和危害干預與消除等研究方向。（4）多元知識結(jié)構(gòu)的研究團隊。研究團隊包括了環(huán)境科學、化學、毒理學、生命科學、醫(yī)學及流行病學等領(lǐng)域的專家和研究人員，充分體現(xiàn)學科交叉。

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

點評專家

樂曉春（X. Chris Le） 加拿大皇家科學院院士，加拿大自然科學與工程研究院 E.W.R. Steacie MemorialFellowship 獎獲得者。加拿大阿爾伯塔大學杰出教授（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)域首席科學家，主要從事生物分析化學、環(huán)境健康、環(huán)境毒理、基因損傷和修復等研究，在 Science、PNAS 等高水平期刊發(fā)表研究論文200余篇，擔任 Journal of EnvironmentalSciences、Environmental Health Perspectives、Analytical Chemistry 等雜志的主編或副主編。

專家點評

由于中國環(huán)境污染的自身特點，污染的暴露劑量及所產(chǎn)生的健康危害與發(fā)達國家差異顯著，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制”先導專項聯(lián)合了環(huán)境化學、毒理學和流行病學等領(lǐng)域的高水平專家，針對國內(nèi)環(huán)境污染的特點，聚焦典型污染物的環(huán)境暴露與健康危害機制這一核心科學問題，在新型污染物的識別、污染物的暴露組學、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，通過效應導向技術(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)向效應導向的高通量篩選發(fā)展，由偶然性的個別發(fā)現(xiàn)向系統(tǒng)的規(guī)律性推導及驗證轉(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。項目的完成將引導和推動國內(nèi)環(huán)境與健康學科的發(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)提供有力的科學支持。

點評專家

李向東香港理工大學土木及環(huán)境工程學系講座教授（Chair Professor），香港理工大學建設(shè)及環(huán)境學院副院長（研究）。國家杰出青年科學基金（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)境地球化學和污染土壤的植物修復等。

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網(wǎng)址: 典型污染物的環(huán)境暴露與健康危害機制 http://www.u1s5d6.cn/newsview153877.html