供稿：刘亚君，武汉大学
校稿：胡秋霜，武汉大学
推送：胡秋霜，武汉大学
今天给大家分享的文献发表在Environmental Science & Technology上，标题为Longitudinal Exposomics in a Multiomic Wellness Cohort Reveals Distinctive and Dynamic Environmental Chemical Mixtures in Blood，通讯作者是斯德哥尔摩大学环境科学系的Jonathan W. Martin教授。
化学物质暴露量是指个人一生中接触环境化学物质的累积量，包括外部来源的天然和人为化学物质，如吸入污染空气、摄入膳食物质、药物以及摄入受污染的食物和水，也包括内部暴露源，如肠道微生物群的代谢产物。环境随着时间的推移是动态的，个体对疾病的易感性随着生命过程的变化而变化，例如，外界空气中的化学物质暴露已被证明对个人来说是高度动态的，而且人与人之间差异较大，因此暴露组学需要进行纵向研究。
血浆化学暴露组学的测量方法，包括多级靶向分析和液相色谱-高分辨率质谱（LC-HRMS）联合靶向/非靶向分析。先前对血液中小分子的纵向研究主要集中在代谢组上，对少数个体长达几个月的环境化学物质的探索有限。关于血液化学暴露的研究尚未在纵向队列中报道，因此，对环境物质的个体间和个体内部变异性的测量很少。
本研究纳入了46名健康瑞典成年人，每个个体在2年内采样6次，利用LC-HRMS对83种靶向分析物（78种优先环境污染物和5种类固醇激素）进行定量分析，并对环境化学物质和内源性代谢物进行平行非靶检测。
结果显示，在所有血浆样本中，检测并定量了83种目标分析物中的57种。这些物质属于14种不同的化学类别（图1，检出率大于10%），包括农药（有机磷和新烟碱类）、阻燃剂、PFAS、个人护理产品、药品、增塑剂、膳食物质、多环芳香族化合物、尼古丁代谢物和内源性类固醇激素。比较男性（n = 138）和女性（n = 138）的平均血浆浓度，发现对羟基苯甲酸酯以及某些PFAS和激素的性别差异显著。化妆品中使用的对羟基苯甲酸甲酯和对羟基苯甲酸丙酯在女性中的含量明显较高（图1a），与先前在尿液中的研究一致。相反，女性的几种PFAS浓度明显较低（图1b），这与已知的PFAS在怀孕、哺乳和月经期间的消除途径一致。正如预期，男性的平均睾酮水平（3.2 ng/mL）明显高于女性（0.18 ng/mL）（图1a）。
图1 参与者的目标化学物暴露和个体间差异
排除检测到的性激素（氢化可的松、皮质酮、孕酮和睾酮）后，应用主成分分析（PCA）广泛地检测环境暴露的个体内和个体间变异性的来源并可视化（图1c-1e）。在参与者ID着色的PCA评分图中，来自每个个体的6个样本通常被分组在一起，表明目标暴露物在2年内相对稳定。相对于研究群体，有两个人一直是异常值，显示出某些PFAS的水平特别高（图1c）。男性和女性在PC2上的部分分离主要是由于对羟基苯甲酸酯和PFAS的性别特异性暴露（图1e），与上面提到的统计差异一致。
非靶向检测发现，在276份血浆样本中，经过空白滤波和去除冗余特征后，共检测到129,547个独特的非靶向特征；因此，目标分析物仅占整个分子数据集的0.04%。通过对开放存取库的自动匹配，所有1级确定的化学物质和所有2级高置信度注释结合起来，总共得到519种物质，其中包括343种环境化学物质（11个亚类），162种内源性代谢物（7个亚类）和14种分类不明确的物质。
注释的大多数物质（519种分析物中的306种）的ICC（个体间方差与总方差的无量纲比）< 0.40（图2a），内源性代谢物的ICC平均值（0.40）显著高于化学暴露物（0.30，p < 0.001）（图2b）。虽然血浆化学暴露物和代谢组具有高度稳定的成分，但这些结果意味着血浆中的大多数小分子必须在一段时间内多次测量才能充分代表个体的暴露。与化学暴露组相比，肠道微生物组具有最相似的ICCs分布，总体上可重复性较低，在最低值时具有相似的高密度（图2b）。就像化学物质暴露一样，肠道微生物群也受到生命过程暴露的影响，包括饮食、病史和药物，以及年龄和宿主遗传变异等内在因素的影响。
图2 化学暴露物的纵向稳定性及其与其他分子的比较
均匀流形近似和投影（UMAP）分析允许个体暴露物随时间的相对变化相对于研究人群可视化，大多数人的复杂化学暴露谱随着时间推移相对稳定，尽管上面描述的总体低时间稳定性。然而，化学暴露物和内源性代谢物的个体差异都很明显，一些个体具有非常独特和稳定的特征，而另一些个体在两次访问之间表现出更高的差异（图2c）。值得注意的是，化学暴露物和内源性代谢物的UMAP预测没有显示任何性别差异（图2d）。
此外，作者展示了46名参与者中的几种共暴露（图3a），并且根据这些共暴露是否在许多参与者中出现（A-F组），或仅在个体或一小部分人群中出现（G-M组），分别将这些共暴露分为“常见”和“罕见”共暴露。
图3 参与者的聚类暴露概况和相关暴露示例
综上所述，本研究是纵向化学暴露分析在多个个体的人类血液中的首次应用，结合靶向和非靶向化学暴露组学工作流程，可以对优先目标分析物进行敏感和精确的量化，同时有可能发现潜在健康相关性的意外暴露。与蛋白质组、微生物组和内源性小分子相比，暴露物的稳定性相对较低。这意味着，在纵向研究中，化学暴露必须比其他组学更频繁地测量。
文章编号：449
原文链接：
https://doi.org/10.1021/acs.est.4c05235
原文引用：
Kalliroi Sdougkou, Stefano Papazian, Bénilde Bonnefille, Hongyu Xie, Fredrik Edfors, Linn Fagerberg, Mathias Uhlén, Göran Bergström, Leah J. Martin, and Jonathan W. Martin*. Longitudinal Exposomics in a Multiomic Wellness Cohort Reveals Distinctive and Dynamic Environmental Chemical Mixtures in Blood. Environ.Sci.Technol., 2024, 58, 16302−16315.
