本文刊載于2020年第11期專題“環(huán)境污染與人體健康”原標(biāo)題為《加強(qiáng)環(huán)境與健康研究 助力美麗中國建設(shè)》

宋茂勇 江桂斌*

中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心

經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展導(dǎo)致的環(huán)境污染問題在我國日益突出，同時(shí)研究表明多種疾病與環(huán)境污染密切相關(guān)。理論和方法創(chuàng)新是我國環(huán)境與健康研究的挑戰(zhàn)和機(jī)遇，需要不斷聚集和吸引優(yōu)秀科學(xué)家形成集群優(yōu)勢(shì)持續(xù)攻關(guān)，探尋環(huán)境致病的原因和機(jī)理，為我國區(qū)域高發(fā)疾病環(huán)境污染尋因，以及為相關(guān)健康保障技術(shù)的研發(fā)奠定理論與方法基礎(chǔ)。

1 環(huán)境與健康研究的重要意義

解析研究環(huán)境與健康的關(guān)系是當(dāng)前全球環(huán)境科學(xué)研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。

根據(jù)世界銀行和世界衛(wèi)生組織（WHO）有關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，世界上?70%?的疾病和?40%?的死亡人數(shù)與環(huán)境因素有關(guān)，多種與環(huán)境污染密切相關(guān)的疾病顯著上升。惡性腫瘤等重大疾病發(fā)病率和死亡率呈逐年增加趨勢(shì)。因此，研究解析環(huán)境與健康的關(guān)系，探尋環(huán)境致病的原因及機(jī)理是當(dāng)務(wù)之急，也是全球環(huán)境科學(xué)研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。

我國環(huán)境污染的自身特點(diǎn)亟待環(huán)境與健康領(lǐng)域的理論方法創(chuàng)新。

我國在環(huán)境健康領(lǐng)域的研究基礎(chǔ)十分薄弱。由于經(jīng)濟(jì)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)，不僅污染所致健康危害機(jī)制亟待闡明，而且污染的環(huán)境暴露規(guī)律亦不清晰。

由于我國當(dāng)前環(huán)境污染的自身特點(diǎn)——傳統(tǒng)污染與新型污染并存、常量污染與痕量污染均不可忽略、復(fù)合污染問題非常突出，我國污染所致的健康危害亦與發(fā)達(dá)國家存在顯著差異。這種特殊性決定了我國的環(huán)境與健康關(guān)聯(lián)機(jī)制研究不能照搬國外研究模式。因此，理論與方法創(chuàng)新是我國環(huán)境與健康研究面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

污染導(dǎo)致健康危害雖已獲得共識(shí)，但污染引發(fā)代謝異常和腫瘤等環(huán)境相關(guān)疾病的分子機(jī)制仍是一個(gè)國際性科學(xué)難題。

1996?年，Colborn?等就在《失竊的未來》（Our Stolen Future）一書中討論了污染物在環(huán)境生物體內(nèi)誘導(dǎo)的內(nèi)分泌干擾效應(yīng)。在環(huán)境與健康研究領(lǐng)域，進(jìn)入機(jī)體的污染物對(duì)相關(guān)毒性通路的擾動(dòng)和早期危害是國際公認(rèn)的污染致病起點(diǎn)。由于現(xiàn)有的科研水平在污染物與受體蛋白、遺傳物質(zhì)等生物分子的交互作用，以及連接污染與健康的關(guān)鍵環(huán)節(jié)上認(rèn)識(shí)嚴(yán)重不足，科研人員難以將環(huán)境污染與特定疾病發(fā)生關(guān)聯(lián)。

2007?年，美國國家研究委員會(huì)發(fā)布了《21?世紀(jì)毒性測(cè)試：愿景與策略》（Toxicity Testing in the 21st Century: A Vision and a Strategy），提出了全新的毒理學(xué)研究思路與毒性測(cè)試戰(zhàn)略，指出毒性測(cè)試應(yīng)以整體動(dòng)物試驗(yàn)為基礎(chǔ)，向細(xì)胞體外測(cè)試與計(jì)算毒理相結(jié)合的方法轉(zhuǎn)變，探求污染與生物分子交互作用及其對(duì)關(guān)鍵毒性作用通路的擾動(dòng)機(jī)制——這是未來破解環(huán)境與健康因果奧秘的關(guān)鍵。

2 全球環(huán)境與健康領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)

環(huán)境暴露的復(fù)雜性和環(huán)境污染物的復(fù)合效應(yīng)給環(huán)境與健康研究提出了新挑戰(zhàn)。

真實(shí)的人體環(huán)境暴露均是污染物的混合暴露方式。例如，大氣細(xì)顆粒物（PM2.5）就是一種典型的環(huán)境混合物，而不同國家和區(qū)域在不同經(jīng)濟(jì)發(fā)展階段的?PM2.5?污染組成是有顯著差異的，這就給環(huán)境與健康研究提出了新挑戰(zhàn)。美國國立衛(wèi)生研究院國家環(huán)境衛(wèi)生科學(xué)研究所將闡明環(huán)境污染物混合暴露的健康效應(yīng)作為其未來優(yōu)先研究重點(diǎn)。

當(dāng)前，暴露組和暴露組學(xué)成為環(huán)境健康領(lǐng)域新的研究熱點(diǎn)。

將“自上而下”的外暴露污染譜法和“自下而上”的基于基因組、代謝組等的生物標(biāo)志物法有機(jī)整合是未來暴露評(píng)價(jià)研究的方向。由于疾病發(fā)生是一個(gè)長期過程，暴露組研究不僅涉及內(nèi)、外暴露種類和劑量的問題，還涵蓋了暴露時(shí)間尺度上的延伸。全基因組關(guān)聯(lián)研究（GWAS）在疾病產(chǎn)生機(jī)制中已被廣泛應(yīng)用，而環(huán)境關(guān)聯(lián)研究（EWAS）給環(huán)境與健康研究提供了新思路。

如何將?GWAS?和?EWAS?相互結(jié)合，從而深入剖析基因與環(huán)境間的相互作用是目前研究的一個(gè)熱點(diǎn)。利用上述方法，在環(huán)境污染-區(qū)域疾病相關(guān)性研究中已取得了一些進(jìn)展。例如，在?Ⅱ?型糖尿病的研究中成功找到了一些相關(guān)的環(huán)境暴露因素。

整合從微觀到宏觀等不同層次技術(shù)，發(fā)展污染-健康相關(guān)性解析新方法。

污染與健康的關(guān)系并非僅僅是污染物與相關(guān)基因相互作用那么簡(jiǎn)單。例如，印度次大陸因?yàn)E用雙氯芬酸引發(fā)的鼠疫爆發(fā)和狂犬病流行，并非源于污染物與人體的直接作用，而是由于該獸藥使用導(dǎo)致禿鷲種群銳減造成了鼠災(zāi)泛濫。這種污染物通過影響食物鏈產(chǎn)生的生態(tài)效應(yīng)可能對(duì)疾病的暴發(fā)產(chǎn)生重大的影響。

因此，面對(duì)環(huán)境與健康研究的新挑戰(zhàn)，不僅需要發(fā)展能夠解析微觀作用、個(gè)體效應(yīng)、人群影響乃至生態(tài)后果的不同層次的污染-健康相關(guān)性解析新方法，而且應(yīng)該將不同層次技術(shù)相互整合。

3 我國環(huán)境與健康研究面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)

環(huán)境化學(xué)與生命科學(xué)的交叉為環(huán)境健康研究提供了新的機(jī)遇。

由于細(xì)胞內(nèi)遺傳物質(zhì)突變的逐步累積最終會(huì)導(dǎo)致惡性腫瘤的發(fā)生，與污染物相關(guān)的?DNA?損傷與修復(fù)研究一直是領(lǐng)域前沿。暴露于污染物的細(xì)胞均會(huì)發(fā)生一定程度的氧化應(yīng)激，而活性氧自由基可引發(fā)遺傳變異并與人類腫瘤發(fā)生緊密相關(guān)。

早在數(shù)十年前，歐美等發(fā)達(dá)國家即在國家層面部署了環(huán)境與健康戰(zhàn)略研究計(jì)劃，并投入大量資金支持相應(yīng)的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究，以保障公眾健康。世界有關(guān)國家的環(huán)境與健康研究為我國實(shí)施相關(guān)計(jì)劃提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

2014?年中國科學(xué)院戰(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”批準(zhǔn)設(shè)立。之后，以中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心為牽頭單位的研究人員在有機(jī)物致核酸氧化損傷新機(jī)制上取得了一系列創(chuàng)新成果。研究發(fā)現(xiàn)，以碳為中心的醌酮自由基能直接與重要的生物大分子（如?DNA、蛋白質(zhì)和脂類）交聯(lián)而產(chǎn)生毒性。這一全新的有機(jī)污染物致核酸氧化損傷的機(jī)制可適用于氯代苯酚、橙色劑和溴代阻燃劑等可通過體內(nèi)代謝或化學(xué)脫鹵生成多鹵取代醌的環(huán)境污染物。目前，“典型污染物的環(huán)境暴露與健康危害機(jī)制”專項(xiàng)將污染暴露所致的表觀遺傳修飾變異作為揭示污染—健康危害因果關(guān)系的一個(gè)新突破口；這也是環(huán)境科學(xué)和生命科學(xué)研究前沿和熱點(diǎn)的學(xué)科交叉的又一個(gè)典型案例。

2020?年全球新冠肺炎疫情的暴發(fā)，值得我們深刻地反思。我國在經(jīng)歷了最初的新冠肺炎疫情陣痛之后，迅速在全國范圍內(nèi)進(jìn)行了全面防疫部署。通過科學(xué)防治、精準(zhǔn)施策，目前疫情已經(jīng)基本上得到了控制，這體現(xiàn)了我國政府對(duì)于生命健康的尊重與擔(dān)當(dāng)。然而，全球仍在發(fā)展的疫情正在對(duì)人類的生命安全和未來發(fā)展產(chǎn)生持續(xù)影響，同時(shí)也對(duì)環(huán)境與健康的內(nèi)在關(guān)聯(lián)機(jī)制研究提出了前所未有的挑戰(zhàn)。

新冠病毒的傳播與環(huán)境暴露途徑有著密切聯(lián)系。當(dāng)前已有研究證明新冠病毒的生存能力與溫度、濕度等環(huán)境因素密切相關(guān)，而其感染途徑可通過呼吸道飛沫傳播、氣溶膠傳播，甚至冷鏈傳播等多種暴露途徑。

深入認(rèn)識(shí)和理解新冠病毒的環(huán)境暴露途徑，結(jié)合環(huán)境流行病學(xué)信息的系統(tǒng)比較，揭示病毒環(huán)境暴露與疾病暴發(fā)內(nèi)在關(guān)聯(lián)機(jī)制，識(shí)別環(huán)境因素對(duì)病毒變異的分子學(xué)機(jī)制等相關(guān)研究，將對(duì)完善新冠肺炎疫情的防治措施，有效防控新冠肺炎疫情繼續(xù)蔓延，確保人類健康與經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展具有重要意義。

環(huán)境與健康問題的高度復(fù)雜性決定了其研究必然是多學(xué)科交叉的前沿領(lǐng)域，需要具有多元知識(shí)結(jié)構(gòu)的研究團(tuán)隊(duì)集中攻關(guān)方能取得重大突破。然而，我國環(huán)境與健康領(lǐng)域各個(gè)學(xué)科間缺乏合作與溝通，研究力量分散，致使目前的工作缺乏系統(tǒng)性，未能將環(huán)境暴露、毒理和疾病緊密聯(lián)系起來，難以揭示典型污染物環(huán)境暴露與健康危害機(jī)制。長遠(yuǎn)來看，我國的環(huán)境健康研究需要聚集和吸引優(yōu)秀科學(xué)家形成集群優(yōu)勢(shì)持續(xù)攻關(guān)，為我國區(qū)域高發(fā)疾病的環(huán)境污染尋因和健康保障技術(shù)的研發(fā)奠定理論與方法基礎(chǔ)。

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