施小明和唐宋研究员团队在EHP期刊发表2篇暴露组学研究成果
来源： 环境与健康微信公众号
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发布时间：2024-09-27
2024年7月20日和9月7日，中国疾病预防控制中心施小明和唐宋研究员团队在环境健康领域顶级期刊Environmental Health Perspectives（EHP，IF：10.1）发表了两篇重要暴露组学研究成果，分别题为“Association ｂｅｔｗｅｅｎ Personal Abiotic Airborne Exposures ａｎｄ Body Composition Changes among Healthy Adults (60–69 Years Old): A Combined Exposome-Wide ａｎｄ Lipidome Mediation Approach from the China BAPE Study”和“Exposome-Wide Ranking to Uncover Environmental Chemicals Associated with Dyslipidemia: A Panel Study ｉｎ Healthy Older Chinese Adults from the BAPE Study”。这两篇论文是团队基于国家大气重污染成因与治理攻关项目（总理基金）发表在EHP系列研究论文的一部分。此前，该团队分别就有机磷酸酯（OPEs）暴露与老年人糖代谢的关联及生物学机制（Ding et al. 2023）、PM2.5暴露与老年人胰岛素抵抗及肠道菌群的介导作用（Zhao et al. 2022），以及PM2.5长期暴露与老年人认知功能改变之间的关系（Wang et al. 2020）等关键科学问题在EHP发表了3篇研究论文。
图1. 施小明和唐宋研究员团队基于国家大气重污染成因与治理攻关项目（总理基金）在EHP发表的系列原创性论文
背景介绍
全球人口老龄化趋势日益严峻。据统计，截至2021年，全球65岁及以上老年人口已达7.61亿，预计到2050年，老年人口将占总人口的16%。随着年龄的增长，人体经历一系列生理状态变化。例如脂肪量增加，肌肉量、骨密度和水分含量减少，同时伴随腹部脂肪分布的变化，尤其是内脏脂肪增加和下肢皮下脂肪减少。心血管疾病是全球老年人群致残、致死的重要原因之一，其带来的疾病和社会经济负担日益加重，而血脂紊乱是心血管疾病的最重要风险因素。越来越多的流行病学证据表明，暴露于环境污染物是体成分改变、血脂异常或亚临床进展加剧的关键驱动因素。有鉴于此，研究团队基于中国老年人空气污染物暴露生物标志物的定群研究（China BAPE），采用暴露组学联合多组学的研究策略，探索了环境污染物外内暴露对老年人脂代谢稳态的影响。（见图2和3）
图2. 外暴露组关联研究设计和分析思路示意图
图3.内暴露组关联研究设计和分析思路示意图
科研亮点
发现一、识别老年人体成分改变的关键气态污染物
本研究结合暴露组关联研究（EWAS）和删除-替代-添加（DSA）模型交叉评估632种气态污染物与18种体成分指标在健康老年人中的关系，最终确定了与4种脂肪指标相关的8个关键气态污染物，包括1-苯基萘、9,10-蒽醌（ATQ）、2,4,5-T甲基酯（2,4,5-TME）、4b,8-二甲基-2-异丙基菲（DMIP）、5-异丙烯基-3,8-二甲基-1,2,4,5,6,7,8,8a-八氢蒽（IDHOA）、蒽、烯和雪松烯。混合物模型结果表明，关键气态污染物（ATQ、DMIP、蒽、烯和雪松烯）的混合暴露浓度与内脏脂肪面积增加显著相关，提示老年人可能面临更高的内脏脂肪堆积风险。基于脂质组的中介模型结果发现SM（d18:2/24:1）、PC（16:2e/18:0）和PC（16:1e/18:1）等甘油磷脂和鞘脂类的中介效应较为显著，为12.27%至26.03%（图4）。
图4. 脂质组在气态污染物暴露与内脏脂肪面积变化之间的中介效应
发现二、解析老年人血脂紊乱的环境化学驱动因素
本研究基于EWAS、DSA和混合物模型发现，暴露于OPEs、多环芳烃（PAHs）、金属和邻苯二甲酸酯（PAEs）与老年人血脂异常表型显著相关，通过量化和排序不同类别污染物的相对影响，确定了2种OPEs（DBP和TPHP）、3种PAHs（1-NAP、1-PYR和2-FLUO）、2种金属（Cr和V）和1种PAE（MEHHP）为主要效应污染物。其中，DBP和V为首次报道。通过整合转录组、代谢组和脂质组的多维组学数据和因果推断检验（CIT）进一步鉴定出可介导污染物暴露影响脂代谢的标志物。多组学通路联合分析显示，炎症反应（如IL-6、IL-8信号通路）、心血管疾病（如HIF-1α、缺氧、VEGF、动脉粥样硬化信号通路）、脂质生成（如PPAR、LXR/RXR信号通路）以及代谢途径（如甘油三酯生物合成、瓜氨酸-一氧化氮循环和天冬氨酸生物合成通路）的扰动可能介导污染物对血脂稳态的影响。研究通过细胞因子检测和临床心电图的结果，进一步验证了这些环境污染物可能通过系统炎症和心脏功能受损诱导血脂紊乱（图5）。
图5. 内暴露化学污染物驱动老年人血脂紊乱的生物学机制示意图
总结
在我国人口老龄化日益严重的背景下，这两项成果通过将多组学技术融入暴露组学方法的研究策略，系统阐释了影响我国老年人群脂质稳态的环境化学驱动因素，同时揭示了可能的分子介导途径和潜在生物学机制。研究成果为血脂紊乱、肥胖及心血管疾病的环境病因提供了原创性高质量流行病学证据，也为我国制定新污染物的管控措施和公共卫生策略提供了重要的科学依据。
团队介绍
本研究由中国疾病预防控制中心施小明/唐宋研究员团队开展。施小明研究员（共同通讯作者）为中国疾病预防控制中心研究员、副主任、博士生导师，国家杰出青年科学基金获得者，长期从事慢性病及老年健康的流行病学与环境病因预防研究。唐宋研究员（共同通讯作者）为中国疾病预防控制中心环境所环境毒理学室主任、博士生导师，研究方向为新污染物与新发病原的环境健康影响与干预控制，入选国家高层次青年人才计划。
孙培杰（第一作者），南京医科大学博士研究生，研究方向为新污染物的健康效应和暴露组学。丁恩民（第一作者），中国医学科学院北京协和医学院博士后，入选国家“博士后创新人才支持计划”（博新计划）和“协和青年学者支持计划”，主持中国博士后科学基金面上项目，研究方向为新污染物与气候变化的人群健康效应和暴露组学。
文献出处
Sun P, Guo X, Ding E, et al. Association ｂｅｔｗｅｅｎ Personal Abiotic Airborne Exposures ａｎｄ Body Composition Changes among Healthy Adults (60-69 Years Old): A Combined Exposome-Wide ａｎｄ Lipidome Mediation Approach from the China BAPE Study. Environ Health Perspect. 2024;132(7):77005.
Ding E, Deng F, Fang J, et al. Exposome-Wide Ranking to Uncover Environmental Chemical associated with Dyslipidemia: A Panel Study ｉｎ Healthy Older Chinese Adults from the BAPE Study. Environ Health Perspect. Environ Health Perspect. 2024;132(9):97005.
Ding E, Deng F, Fang J, et al. Association ｂｅｔｗｅｅｎ Organophosphate Ester Exposure ａｎｄ Insulin Resistance with Glycometabolic Disorders among Older Chinese Adults 60-69 Years of Age: Evidence from the China BAPE Study. Environ Health Perspect. 2023;131(4):47009.
Zhao L, Fang J, Tang S, et al. PM2.5 ａｎｄ Serum Metabolome ａｎｄ Insulin Resistance, Potential Mediation by the Gut Microbiome: A Population-Based Panel Study of Older Adults ｉｎ China. Environ Health Perspect. 2022;130(2):27007.
Wang J, Li T, Lv Y, et al. Fine Particulate Matter ａｎｄ Poor Cognitive Function among Chinese Older Adults: Evidence from a Community-Based, 12-Year Prospective Cohort Study. Environ Health Perspect. 2020; 128(6):67013.
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