“暴露組學(xué)”是揭示人類疾病病因的前沿科學(xué)，目前其理論和實(shí)際應(yīng)用仍存在諸多問題。為明確暴露組與人類健康的關(guān)系，王斌教授團(tuán)隊(duì)牽頭國內(nèi)外學(xué)者提出通過劃分關(guān)鍵時(shí)間窗口開展暴露組學(xué)研究的思路，這對于揭示影響人類疾病的關(guān)鍵環(huán)境暴露因素，以及針對易感人群采取有效的疾病預(yù)防措施，均具有重要的科學(xué)意義。

圖1. 從傳統(tǒng)暴露組學(xué)研究到關(guān)鍵窗口期暴露組學(xué)研究

論文類型：展望

第一完成單位：南洋理工大學(xué)

第一作者：方明亮

通訊作者：王斌（北京大學(xué)）、宮繼成（北京大學(xué)）

期刊：The Innovation，IF2022 = 33.1，中科院1區(qū)

論文信息：Fang M., Hu L., Chen D., Guo Y, Liu J, Lan C, Gong J*, Wang B*. Exposome in human health: Utopia or wonderland? The Innovation, 2021, 2: 100172. https://doi.org/10.1016/j.xinn.2021.100172

全文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2666675821000977

健康是人類永恒的話題，為此不同領(lǐng)域的研究人員進(jìn)行了不懈的努力，試圖揭示人類疾病的病因，進(jìn)而提高人類生活質(zhì)量。最新研究表明，單純遺傳因素只能解釋人類疾病病因的一小部分（約5-15%），而環(huán)境因素及其與遺傳因素的交互作用，在人類典型慢性疾病的形成過程中占據(jù)主導(dǎo)地位。準(zhǔn)確刻畫人體整個(gè)生命過程中重要的環(huán)境暴露特征，對于揭示人類疾病病因具有重要的意義。

為彌補(bǔ)“基因組學(xué)”在解釋人類疾病病因方面的不足，十幾年前研究人員提出了“暴露組學(xué)”的概念，其核心思想是全盤考慮人類整個(gè)生命周期中所有的暴露因素，通過暴露組關(guān)聯(lián)分析揭示影響人類健康的關(guān)鍵環(huán)境因素。然而，暴露組學(xué)目前的研究進(jìn)展總體較為緩慢，原因有兩方面：（1）暴露組學(xué)涵蓋了人體從胚胎形成到生命終點(diǎn)整個(gè)生命周期，長期監(jiān)測整個(gè)生命周期中的總環(huán)境暴露難度極大，缺乏技術(shù)支撐，成本高昂，可行性差。（2）個(gè)體在整個(gè)生命周期所暴露的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)因素異常復(fù)雜，通過傳統(tǒng)的暴露-效應(yīng)關(guān)聯(lián)研究，難以從海量的信息中獲取影響人類疾病的關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)因素。因此，為了有效地將暴露組學(xué)應(yīng)用于解決實(shí)際環(huán)境健康問題，作者從三個(gè)角度集中討論了傳統(tǒng)暴露組學(xué)概念存在的問題，并提出可能的解決方案或指明努力方向。

角度一 ：

什么樣的研究適合暴露組學(xué)研究？首先，所有受到環(huán)境多因素，以及環(huán)境與基因交互作用影響較大的，或者說非純基因因素決定的健康問題均適用于暴露組學(xué)研究。其次，現(xiàn)階段暴露組學(xué)研究應(yīng)圍繞一些敏感人群的健康問題在關(guān)鍵暴露窗口期開展，例如孕期相關(guān)不良妊娠結(jié)局、兒童發(fā)育不良、老年癡呆等。針對相對較短且重要的時(shí)間窗口進(jìn)行研究，可以從控制投入時(shí)間、經(jīng)費(fèi)、人員等成本角度，提高解決健康問題的有效性，這為暴露組學(xué)設(shè)計(jì)提供了新思路。

角度二 ：

哪些環(huán)境暴露因素應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注，以及如何開展暴露監(jiān)測？暴露因素的選擇需要基于疾病的類型，不可能包含所有環(huán)境因素，應(yīng)該優(yōu)先考慮在疾病形成過程中可能具有因果聯(lián)系的因素，其可以分為已知和未知因素兩部分。圍繞已知因素，可以總結(jié)先前的研究結(jié)果，基于薈萃分析結(jié)果、暴露場景、專業(yè)知識等信息進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)排序，采開展“靶向”分析。針對未知因素，可以通過采用高分辨質(zhì)譜等“非靶向”方法盡可能識別更多的關(guān)鍵因素。這兩種方法的結(jié)合，可極大地提高篩查環(huán)境危險(xiǎn)因素的效率。此外，根據(jù)不同環(huán)境因素的時(shí)空變化特點(diǎn)，優(yōu)化采樣頻率，需要結(jié)合個(gè)體化和區(qū)域性的暴露評估技術(shù)，提高對人體暴露評估的精確度和準(zhǔn)確度，同時(shí)節(jié)約成本。

角度三 ：

如何建立暴露組與疾病的因果關(guān)系？暴露組學(xué)的研究數(shù)據(jù)具有數(shù)據(jù)量大、緯度高、混雜和中介效應(yīng)難以區(qū)分等特點(diǎn)，因此，突破傳統(tǒng)環(huán)境暴露風(fēng)險(xiǎn)模型分析方法的局限非常關(guān)鍵。首先，在研究設(shè)計(jì)上，應(yīng)該結(jié)合觀察性和干預(yù)性研究的優(yōu)勢，盡力選擇有利于因果推斷的環(huán)境流行病學(xué)設(shè)計(jì)。其次，除了遵循傳統(tǒng)流行病學(xué)分析方法外，應(yīng)開發(fā)符合暴露組學(xué)研究的因果分析模型，控制混雜因素的影響，區(qū)分中介變量的貢獻(xiàn)；同時(shí)可以構(gòu)建風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測模型，支撐環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)。最后，除了使用統(tǒng)計(jì)模型從海量信息中篩選重要環(huán)境暴露風(fēng)險(xiǎn)因素外，可以結(jié)合計(jì)算毒理學(xué)、實(shí)驗(yàn)毒理學(xué)、隨機(jī)對照實(shí)驗(yàn)等手段進(jìn)一步確定疾病的可能關(guān)鍵因素?？傮w而言，需要圍繞特定健康問題，篩查潛在的環(huán)境影響因素、構(gòu)建統(tǒng)計(jì)分析模型、開展毒理學(xué)模擬，以及進(jìn)一步的干預(yù)驗(yàn)證和政策評估，基于關(guān)鍵時(shí)間窗口暴露組學(xué)理念，形成具有較強(qiáng)因果關(guān)系的人體健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)體系。

總結(jié)和展望：

該研究對于未來暴露組學(xué)的發(fā)展方向提供了新思路。通過整合多學(xué)科的知識開發(fā)下一代人體健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)技術(shù)，包括流行病學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)、化學(xué)、環(huán)境科學(xué)、社會經(jīng)濟(jì)學(xué)、毒理學(xué)等多學(xué)科的特色和優(yōu)勢，相信暴露組學(xué)研究一定會迎來蓬勃發(fā)展，為人類全面了解疾病病因做出重要貢獻(xiàn)。

致謝：

感謝中國隊(duì)列共享平臺（https://chinacohort.bjmu.edu.cn/）提供合作協(xié)助。感謝國家自然科學(xué)基金委和國家科技部重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目支持。

作者簡介

第一作者：

方明亮，新加坡南洋理工大學(xué)（NTU）土木環(huán)境工程系助理教授，兼任新加坡水資源環(huán)境中心（NEWRI）分析中心主任。主要開發(fā)暴露組學(xué)方法，利用組學(xué)等技術(shù)探討污染物毒性和機(jī)理。研究成果以第一或者通訊作者發(fā)表在Nat Chem Biol、PNAS、Environ Health Perspect、Environ Sci Technol、Anal Chem等雜志，以及以共同作者參與發(fā)表Nature Method、Cell Stem Cell、JACS等期刊70余篇。目前擔(dān)任環(huán)境權(quán)威期刊Environmental Pollution副主編，兼任ES&T Water、 ESPI (RSC)、Environ Int、Environ Res、Chemosphere、Exposome (Oxford)等雜志編委。

通訊作者：

王斌，北京大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院生育健康研究所，長聘副教授/研究員。主要研究方向?yàn)榄h(huán)境健康，暴露組學(xué)大數(shù)據(jù)與人工智能。采用多學(xué)科研究方法揭示環(huán)境污染暴露對人群生育健康的影響及機(jī)制，構(gòu)建健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)模型。迄今主持國家自然科學(xué)面上和青年基金3項(xiàng)，骨干參與國家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目3項(xiàng)。以第一或通訊作者在Environ Health Persp、Environ Sci Tech、The Innovation等國際權(quán)威期刊發(fā)表論文共55篇(H指數(shù)=42，他引6500余次)。擔(dān)任環(huán)境健康領(lǐng)域TOP期刊Environ Sci Tech主題編輯，參與多個(gè)國內(nèi)外知名期刊的編委工作（The Innovation、Environ Int、Environment & Health、Eco-Environmental Health、China CDC Weekly和“環(huán)境衛(wèi)生學(xué)雜志”）。開設(shè)本科生教改課程“暴露組學(xué)”，研究生教改課程“環(huán)境暴露組學(xué)”，全球健康國際高端公共衛(wèi)生碩士課程“Environment & Health”。擔(dān)任中國隊(duì)列共享平臺“環(huán)境與人群健康”組長，環(huán)境誘變劑學(xué)會環(huán)境與生育健康專委會副秘書長。獲得北京預(yù)防醫(yī)學(xué)會科技二等獎和“全國科技系統(tǒng)抗擊新冠疫情優(yōu)秀個(gè)人”稱號。

宮繼成，北京大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院研究員。

以生物標(biāo)志物的開發(fā)和測量為手段研究環(huán)境污染物暴露對人體的健康效應(yīng)及生物學(xué)機(jī)制。已在醫(yī)學(xué)和環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域重要國際期刊上發(fā)表SCI論文60余篇，主要包括Lancet, Environ Sci & Technol、Environ Int等。承擔(dān)“國家第二次青藏高原綜合科學(xué)考察”和國家自然科學(xué)基金委面上項(xiàng)目等，曾獲得中國環(huán)境科學(xué)學(xué)會青年科學(xué)家獎。目前擔(dān)任胸科醫(yī)學(xué)期刊Journal of Thoracic Disease雜志編委。

供稿 | 王斌教授團(tuán)隊(duì)（北京大學(xué)）

審核 | ExposomeX團(tuán)隊(duì)

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