施小明和唐宋研究員團隊在EHP期刊發表2篇暴露組學研究成果

　　 2024年7月20日和9月7日，中國疾病預防控制中心施小明和唐宋研究員團隊在環境健康領域頂級期刊Environmental Health Perspectives（EHP，IF：10.1）發表了2篇重要暴露組學研究成果，分別題為“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”。這2篇論文是研究團隊基于國家大氣重污染成因與治理攻關項目（總理基金）發表在EHP系列研究論文的一部分。此前，該團隊分別就有機磷酸酯（OPEs）暴露與老年人糖代謝的關聯及生物學機制（Ding et al. 2023）、PM2.5暴露與老年人胰島素抵抗及腸道菌群的介導作用（Zhao et al. 2022），以及PM2.5長期暴露與老年人認知功能改變之間的關系（Wang et al. 2020）等關鍵科學問題在EHP發表了3篇研究論文。

　　圖1. 施小明和唐宋研究員團隊基于國家大氣重污染成因與治理攻關項目（總理基金）在EHP發表的系列原創性論文 

背景介紹

全球人口老齡化趨勢日益嚴峻。據統計，截至2021年，全球65歲及以上老年人口已達7.61億，預計到2050年，老年人口將占總人口的16%。隨著年齡的增長，人體經歷一系列生理狀態變化。例如脂肪量增加，肌肉量、骨密度和水分含量減少，同時伴隨腹部脂肪分布的變化，尤其是內臟脂肪增加和下肢皮下脂肪減少。心血管疾病是全球老年人群致殘、致死的重要原因之一，其帶來的疾病和社會經濟負擔日益加重，而血脂紊亂是心血管疾病的最重要風險因素。越來越多的流行病學證據表明，暴露于環境污染物是體成分改變、血脂異常或亞臨床進展加劇的關鍵驅動因素。鑒于此，研究團隊基于中國老年人空氣污染物暴露生物標志物的定群研究（China BAPE），采用暴露組學聯合多組學的研究策略，探索了環境污染物內外暴露對老年人脂代謝穩態的影響。（見圖2和3） 

圖2. 外暴露組關聯研究設計和分析思路示意圖 

圖3.內暴露組關聯研究設計和分析思路示意圖

科研亮點 

發現一、識別老年人體成分改變的關鍵氣態污染物

　　本研究結合暴露組關聯研究（EWAS）和刪除-替代-添加（DSA）模型交叉評估632種氣態污染物與18種體成分指標在健康老年人中的關系，最終確定了與4種脂肪指標相關的8個關鍵氣態污染物，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-異丙基菲（DMIP）、5-異丙烯基-3,8-二甲基-1,2,4,5,6,7,8,8a-八氫蒽（IDHOA）、蒽、烯和雪松烯。混合物模型結果表明，關鍵氣態污染物（ATQ、DMIP、蒽、烯和雪松烯）的混合暴露濃度與內臟脂肪面積增加顯著相關，提示老年人可能面臨更高的內臟脂肪堆積風險。基于脂質組的中介模型結果發現SM（d18:2/24:1）、PC（16:2e/18:0）和PC（16:1e/18:1）等甘油磷脂和鞘脂類的中介效應較為顯著，為12.27%至26.03%（圖4）。 

圖4. 脂質組在氣態污染物暴露與內臟脂肪面積變化之間的中介效應 

　發現二、解析老年人血脂紊亂的環境化學驅動因素

本研究基于EWAS、DSA和混合物模型發現，暴露于OPEs、多環芳烴（PAHs）、金屬和鄰苯二甲酸酯（PAEs）與老年人血脂異常表型顯著相關，通過量化和排序不同類別污染物的相對影響，確定了2種OPEs（DBP和TPHP）、3種PAHs（1-NAP、1-PYR和2-FLUO）、2種金屬（Cr和V）和1種PAE（MEHHP）為主要效應污染物。其中，DBP和V為首次報道。通過整合轉錄組、代謝組和脂質組的多維組學數據和因果推斷檢驗（CIT）進一步鑒定出可介導污染物暴露影響脂代謝的標志物。多組學通路聯合分析顯示，炎癥反應（如IL-6、IL-8信號通路）、心血管疾病（如HIF-1α、缺氧、VEGF、動脈粥樣硬化信號通路）、脂質生成（如PPAR、LXR/RXR信號通路）以及代謝途徑（如甘油三酯生物合成、瓜氨酸-一氧化氮循環和天冬氨酸生物合成通路）的擾動可能介導污染物對血脂穩態的影響。研究通過細胞因子檢測和臨床心電圖的結果，進一步驗證了這些環境污染物可能通過系統炎癥和心臟功能受損誘導血脂紊亂（圖5）。 

　　 圖5. 內暴露化學污染物驅動老年人血脂紊亂的生物學機制示意圖 

總結

在我國人口老齡化日益嚴重的背景下，這2項成果通過將多組學技術融入暴露組學方法的研究策略，系統闡釋了影響我國老年人群脂質穩態的環境化學驅動因素，同時揭示了可能的分子介導途徑和潛在生物學機制。研究成果為血脂紊亂、肥胖及心血管疾病的環境病因提供了原創性高質量流行病學證據，也為我國制定新污染物的管控措施和公共衛生策略提供了重要的科學依據。