绿色空间暴露与单萜代谢：α-蒎烯代谢物作为生物标志物的发现与应用

研究人员针对绿色空间暴露缺乏定量生物标志物的问题，通过液相色谱-高分辨质谱（LC-HRMS）技术，系统分析了α-蒎烯（α-pinene）吸入后的人体尿液代谢谱，鉴定出22种代谢物（含9种新结构），并验证了myrtenic acid glucuronide（MYRA-GlcA）和dihydromyrtenic acid glucuronide（DHMYRA-GlcA）作为绿色环境暴露标志物的可行性，为环境健康研究提供了新型评估工具。

　　

随着城市化进程加速，绿色空间对人类健康的益处日益受到关注。流行病学研究显示，接触森林环境可降低心血管疾病风险和死亡率，但如何量化个体暴露水平一直是难题。植物释放的生物源性挥发性有机化合物（bVOCs）如单萜类（monoterpenes），尤其是α-蒎烯（α-pinene），占全球单萜排放量的50%以上，可能成为绿色暴露的关键指示物。然而，此前研究多聚焦于其气相浓度，缺乏对体内代谢产物的系统分析，且相位II代谢物（如葡萄糖醛酸结合物）的结构和动力学特征尚不明确。

为填补这一空白，美国路易斯维尔大学Christina Lee Brown Envirome Institute的研究团队在《Engineering Microbiology》发表论文，通过结合受控吸入实验和真实森林暴露研究，首次揭示了α-蒎烯在人体内的完整代谢图谱。研究采用液相色谱-高分辨质谱（LC-HRMS）分析尿液样本，整合伪靶向（ILGA）和非靶向代谢组学策略，定量评估代谢物动力学参数，并验证了关键代谢物的生物标志物潜力。

关键技术方法包括：1）设计α-蒎烯受控吸入实验（8名健康志愿者）和4小时森林暴露实验（美国Charlestown州立公园）；2）利用UPLC-QTOF-MS进行尿液代谢物检测；3）通过酶法合成verbenol glucuronide（VER-GlcA）和myrtenol glucuronide（MYR-GlcA）标准品进行结构验证；4）应用非线性混合效应模型（NLME）计算代谢物生成（Ka）和消除速率（Ke）。

3.1 代谢物发现与鉴定

通过ILGA和非靶向分析共鉴定22种α-蒎烯代谢物（aPM），其中9种为新结构。LC-MS/MS验证显示，aPM2b（VER-GlcA）和aPM2c（MYR-GlcA）可通过特征碎片175.0247（葡萄糖醛酸基团）确认。酸类葡萄糖醛酸苷（如aPM3b和aPM4e）占代谢物总量的73.4%，成为主要排泄形式。

3.2 代谢动力学特征

动力学模型显示，酒精苷（如VER-GlcA）的Ka值（2.69–3.46 h^?1）高于酸苷（0.73–1.98 h^?1），但所有代谢物半衰期均短于1.5小时，支持其作为短期暴露标志物的适用性。

3.3 物种与对映体差异

小鼠实验证实16种人源aPM在小鼠体内存在，但缺乏人类特有的myrtenic acid-4-O-glucuronide（aPM5）代谢路径。对映体特异性分析发现，(1S)-(+)-α-蒎烯偏好生成dihydromyrtenic acid衍生物（aPM4），而(1R)-(?)-异构体倾向产生pinanetriol代谢物（aPM7）。

3.4 真实环境暴露验证

森林暴露4小时后，aPM3b（MYRA-GlcA）和aPM4e（DHMYRA-GlcA）水平显著上升（p < 0.05），但需注意aPM4e与limonene代谢物DHPA-GlcA的色谱重叠可能影响特异性。

该研究首次系统解析了α-蒎烯的人体代谢网络，提出MYRA-GlcA和DHMYRA-GlcA可作为绿色暴露的新型生物标志物。其重要意义在于：1）突破传统气相监测的局限，实现个体化暴露评估；2）揭示单萜代谢的种属差异和对映体选择性，为环境健康研究提供代谢基础；3）结合limonene代谢数据（Xie et al., 2024），构建多组分bVOCs暴露评估体系。未来需通过扩大样本量、开发绝对定量方法，并整合NDVI（归一化植被指数）等环境数据，进一步提升标志物的精准性。