前沿 | 北京-洛杉矶双城记：亚急性多环芳烃暴露的代谢组学研究

2021-07-01 11:32:34, 卢欣辰安捷伦科技（中国）有限公司

我们每天都通过呼吸、食物摄入或者皮肤接触等方式，暴露于环境污染物之中。日常的环境暴露有空气颗粒物、重金属、多环芳羟、持久性污染物、杀虫剂等等，这些均会对人体的健康造成巨大的威胁。安捷伦以其领先的分析产品和采用各种组学技术的解决方案为暴露组和环境健康研究提供支持。这些方案包括色谱、质谱、微阵列芯片和 NGS 试剂、自动化样品前处理、细胞分析和生物信息学软件等，帮助研究者更深入地了解化学暴露对生物过程和疾病起因造成的影响。

本期，我们特别分享来自北京大学环境暴露研究组邱兴华团队最新发表在 Environmental Science & Technology上题为“Metabolomic Changes after Subacute Exposure to Polycyclic Aromatic Hydrocarbons: A Natural Experiment among Healthy Travelers from Los Angeles to Beijing”的文章^[1]，该文采用 Agilent 气质和液质平台，运用代谢组学技术，探讨了多环芳烃（PAHs）亚急性暴露对人群健康的影响。

专家观点聚焦

研究背景

北京大学与洛杉矶加州大学团队合作，自 2012 年起持续开展洛杉矶-北京-洛杉矶间的人群实验，前期曾发现受试者到北京后，PAHs 等污染物暴露显著升高（Environ Sci Technol 2016；Environ Int 2021）；高暴露可引发心血管早期效应生物标志物改变，这一效应在返回洛杉矶后得以恢复（Circulation 2019）。亚急性即月尺度的空气污染高暴露是否会导致与急性暴露不同的、甚至一定时间内不可逆的生理变化？本研究希望系统地回答这个问题。

研究策略

本研究针对血液样品开发基于 UHPLC-QTOF-MS 的代谢组学方法，采用线性混合效应模型筛选从洛杉矶到北京发生显著变化的质谱信号并进行物质鉴定；并检验这些代谢物在受试者返回洛杉矶 4~7 周后是否恢复。结合网络分析和通路分析探究潜在的代谢调控过程，基于 PAHs 与代谢物的关联讨论不同 PAHs 的健康效应机制。

研究结果

研究共鉴定了 50 个在北京高暴露情境下发生改变的差异代谢物，网络分析显示其主要分布在两个模块，模块 I 以返回洛杉矶后发生恢复的代谢物为主，而模块 II 以未恢复的代谢物为主，表明恢复速度与不同的调控机制相关。可恢复代谢物（以牛磺酸和尿酸等为代表，均是体内重要的抗氧化剂）指示氧化应激-抗氧化稳态相关机制；未恢复代谢物（以色氨酸通路代谢物色氨酸、一碳通路代谢物甲硫氨酸和胆碱等为代表）指示可诱导代谢酶的延迟恢复过程相关机制，所涉及的生物通路交点为芳烃受体（AhR）。非取代 PAHs 与两类代谢物均相关，而烷基 PAHs 仅与已恢复代谢物相关，提示非取代 PAHs 或其所代表的燃烧来源污染物亚急性暴露可能造成更持久的健康效应。

色氨酸和一碳通路等代谢物在免疫和表观遗传调控等方面具有关键生物学意义，这类物质在高暴露结束后数周时间内仍未得到恢复，指示一种易被忽视的易感状态，因此从健康保护角度需采取相应的防护措施。

以上基于安捷伦高分辨质谱和代谢组学方案的研究策略，广泛适用于环境健康和暴露组学研究。

参考文献：

[1] Xinchen Lu, Yan Lin, Xinghua Qiu, Jinming Liu, Tong Zhu, Jesus A. Araujo, Junfeng Zhang, and Yifang Zhu, Metabolomic Changes after Subacute Exposure to Polycyclic Aromatic Hydrocarbons: A Natural Experiment among Healthy Travelers from Los Angeles to Beijing, Environmental Science & Technology 2021 55 (8), 5097-5105, DOI: 10.1021/acs.est.0c07627

[2] https://mp.weixin.qq.com/s/xaFkqAFxFvpMLjFLFeBW6g