综述：利用组学方法阐明新兴环境污染物的毒性机制：来自体外实验、体内实验和群体研究的见解

《Process Safety and Environmental Protection》：Elucidating the toxicity mechanisms of emerging environmental pollutants using omics approaches: Insights from in vitro, in vivo, and population studies

本文综述新兴污染物（如微塑料、纳米颗粒、PFASs等）的环境影响及健康风险，指出传统毒性测试的局限性，并系统阐述基因组学、转录组学等组学技术在解析污染物毒性机制、揭示分子扰动及推动环境健康研究中的关键作用。

　　随着工业化和生活方式的不断进步，人类的生活质量得到了显著提升，但同时也加剧了环境污染。塑料的快速生产每年超过3.9亿吨，而工业废水未经处理的比例在发展中国家甚至高达60%。这些因素导致了广泛的污染问题，而新兴污染物的出现更是引发了广泛关注。新兴污染物包括微塑料、纳米塑料、纳米颗粒、农药、全氟和多氟烷基物质（PFASs）、个人护理产品添加剂等，它们对人类健康和生态环境构成了潜在威胁。这些污染物具有持久性，能够在环境中长期存在，通过食物链积累，并污染水源，因此需要采取紧急的应对策略。

传统研究方法主要依赖于体外和体内实验，虽然提供了有价值的信息，但存在一些局限性。例如，传统方法的敏感性较低，难以检测到微小的分子变化，而且往往需要使用过高的剂量，这与实际环境中的暴露情况不符。此外，这些方法耗时、昂贵，还涉及动物使用，引发了伦理问题，阻碍了对污染物引起的生物变化的全面理解。为了克服这些限制，近年来发展出了一系列先进的组学技术，包括基因组学、转录组学、表观基因组学、蛋白质组学、代谢组学和脂质组学。这些技术能够提供前所未有的机制性见解，揭示污染物与生物体之间的相互作用和毒性机制。

组学技术的优势在于其能够实现系统层面的理解。通过分析关键的基因、蛋白质、代谢物和细胞通路，这些方法能够揭示污染物如何影响生物系统。例如，基因组学可以帮助识别污染物暴露后基因表达的变化，而蛋白质组学则能够分析蛋白质水平的改变，代谢组学则关注代谢物的动态变化，这些数据的整合有助于全面理解污染物的生物学影响。此外，表观基因组学可以揭示污染物如何通过表观遗传机制影响基因表达，这种影响可能比基因突变更为隐蔽，但同样具有深远的后果。

新兴污染物与传统污染物的一个重要区别在于它们的持久性和迁移能力。例如，微塑料和PFASs等污染物具有高度的抗降解性，能够在水体或空气中迁移，污染远离其源头的区域。这种特性使得传统的污染控制方法难以应对。此外，新兴污染物常常形成复杂的混合物，例如药物与微塑料的结合，这些混合物可能具有协同毒性，或者在环境条件下发生转化，形成新的污染物，这进一步增加了风险评估的难度。同时，新兴污染物可能在低浓度下对生物系统产生慢性影响，这种影响往往难以察觉，但长期积累可能导致严重的健康问题。

为了应对这些挑战，研究者们正在探索新的分析方法，以减少对动物的依赖并拓展对污染物毒性机制的理解。这些新方法包括高通量筛选技术和生物分析系统，如组学技术。通过结合这些技术，研究者能够更高效地识别污染物的生物学影响，同时减少实验成本和伦理争议。此外，这些技术还能够提供更全面的数据，帮助科学家更好地预测污染物对生态系统的长期影响。

在实际应用中，组学技术已经展现出巨大的潜力。例如，微塑料和纳米塑料作为主要的污染物载体，常常与其他污染物如持久性有机污染物（POPs）、重金属和药物共同存在，形成复杂的污染混合物。这种混合物的出现使得传统的毒性评估方法难以准确判断其影响。通过组学技术，研究者能够分析这些污染物在生物体内的分子反应，揭示其潜在的毒性机制。例如，微塑料可能通过其疏水性表面吸附其他污染物，进而影响生物体的健康。这种复杂的相互作用使得污染物的影响更加难以预测和控制。

在健康影响方面，组学技术能够提供更深入的分析。例如，研究显示，这些污染物可能通过多种途径影响人体健康，包括基因表达、蛋白质功能和代谢变化。这些变化可能导致各种健康问题，如呼吸系统疾病、心血管疾病、消化系统问题、癌症、神经系统损伤、生殖问题、出生缺陷和过敏反应。因此，理解这些污染物的健康影响对于制定有效的防护措施至关重要。

此外，组学技术还能够揭示污染物如何通过表观遗传机制影响基因表达。例如，某些污染物可能通过改变DNA甲基化模式，影响基因的活性，从而导致长期的健康问题。这种机制性的理解对于开发新的预防和治疗策略具有重要意义。同时，组学技术能够帮助科学家识别早期的毒性生物标志物，这对于及时发现污染物的影响并采取应对措施至关重要。

在应对新兴污染物的挑战方面，组学技术提供了新的视角和工具。例如，通过整合基因组学、转录组学、蛋白质组学、代谢组学和脂质组学的数据，研究者能够更全面地理解污染物的生物学影响。这种多维度的分析方法有助于揭示污染物如何通过不同的生物途径影响健康，从而为制定更有效的污染防治策略提供科学依据。

然而，组学技术的应用仍然面临一些挑战。例如，数据的复杂性和多样性使得分析过程更加困难，需要先进的计算工具和算法来处理。此外，这些技术的实施成本较高，可能限制了其在资源有限地区的应用。因此，未来的研究需要进一步优化这些技术，使其更加高效、经济，并且能够适应不同的研究需求。同时，还需要加强国际合作，共享数据和资源，以更好地应对全球范围内的污染问题。

综上所述，组学技术为理解新兴污染物的健康影响和生态效应提供了新的工具和方法。通过这些技术，研究者能够揭示污染物的毒性机制，识别关键的生物标志物，并为制定有效的污染防治策略提供科学依据。随着技术的不断发展和完善，组学方法将在环境保护和人类健康领域发挥越来越重要的作用。