《Science in One Health》：The chemical load of companion animals from a One Health perspective
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伴侣动物被定义为“人类出于陪伴和娱乐等目的而选择与之共同生活的非人类生物，而非为了食物或利润”。全球伴侣动物数量估计超过十亿，且饲养者人数持续上升。饲养伴侣动物对人类健康有积极影响，例如降低抑郁和焦虑水平、降低血压、减少心血管风险以及增加身体活动。人类动物纽带
伴侣动物被定义为“人类出于陪伴和娱乐等目的而选择与之共同生活的非人类生物，而非为了食物或利润”。全球伴侣动物数量估计超过十亿，且饲养者人数持续上升。饲养伴侣动物对人类健康有积极影响，例如降低抑郁和焦虑水平、降低血压、减少心血管风险以及增加身体活动。人类动物纽带研究倡议的一份报告估计，伴侣动物饲养通过每年节省227亿美元的医疗费用来影响医疗成本。伴侣动物通常与人类共享同一家庭环境。人类在室内环境中度过高达90%的时间。除了经典的狗、猫和鸟类，现在还有啮齿类动物（兔、仓鼠等）、蛇、龟及其他动物。伴侣动物是我们健康状况的哨兵物种，因为它们与人类共享生活，部分面临相同的室内暴露，并可能具有相似的身体活动。它们通常饮用相同的水，且常像大多数人类一样食用加工食品。这意味着它们能够很好地警示人类有害暴露，尽管它们的生活习惯在某些方面可能有所不同（例如饮食、梳理行为）。伴侣动物对某些感官线索比人类更敏感。例如，众所周知它们能感知地震的临近。此外，有报道描述狗在室内空气质量差（如一氧化碳中毒）时可能拒绝进入房屋。人类可能学会识别此类行为以保护自身健康。一些伴侣动物（狗、猫）与人类共享生理过程，因此在面对相同暴露时表现出相似的病理：癌症、内分泌紊乱、呼吸或消化症状、生殖问题、神经和认知障碍。此外，疾病背后的生理过程可能非常接近，如黑色素瘤、骨肉瘤、炎症性肠病和系统性红斑狼疮所证明的那样。虽然伴侣动物与人类共享相似的生理过程和健康结局，但伴侣动物的寿命通常比人类短；因此，它们比主人更早表现出疾病迹象（潜伏期缩短）。动物在暴露于毒物时也可能在比人类更低的剂量下表现出健康改变迹象（由于敏感性增加，例如煤矿中金丝雀对一氧化碳的敏感性）。
除了作为哨兵的角色外，伴侣动物还是与人类共享的室内环境的污染源：它们生活在非常近的距离内，坐在沙发上甚至睡在人类床上。一些生活在笼中的宠物被放置在厨房（鸟类）——人类准备食物的地方，或儿童卧室（啮齿类动物），它们在那里散布毛发、羽毛、指甲，有时还有粪便。它们可能接受抗寄生虫农药治疗，并可能将室外的化学物质携带在毛发和爪子上或唾液中，从而将化学污染物带入室内环境。生活在笼中的伴侣动物无法接触室外环境，但它们的食物可能是化学污染物的来源。由于它们不外出，人类必须定期清洁笼子，因此直接暴露于可能受污染的垫料、尿液和粪便中。伴侣动物代谢产生的内源性化合物也可能引发人类过敏（例如猫毛上的Fel d1）。人们对此话题的认识正在提高，这体现在针对减少家养动物皮毛和皮肤中人类过敏原化合物的专用食品的出现（例如Purina Live Clear）。
由于人类和伴侣动物共享家园，它们也共享暴露组，正如研究人员最近通过“单一暴露组”框架所提出的。暴露组由Wild于2005年提出，作为基因组的补充，用以解释人类疾病的发生。它绘制了生物体整个生命周期中的所有暴露，包括例如气候条件、栖息地类型、社会互动、行为、化学物质、辐射等。该框架同样适用于动物，包括共享人类家庭的伴侣动物。在本研究中，研究人员聚焦于伴侣动物的化学暴露组，其涵盖来自室内或室外来源的化学污染物，可能源自自然来源（如天然毒素）或人为活动。家养动物接触化学污染物的途径可通过摄入受污染的水和食物、吸入室内或室外环境中的物质、与室内化学品（如清洁产品或香氛）或室外化学品（如农用化学品或多环芳烃）的物理接触。此外，梳理习惯可能导致在物理接触过程中沉积在毛发和皮肤上的污染物被摄入。
在过去20年中，狗的化学暴露组成为高度关注的话题，发表的研究数量不断增加。基于血液、血清、尿液或粪便评估了狗和猫对化学污染物的暴露。人类与其宠物的共享暴露已被证明，尽管暴露途径可能因物种而异。例如，狗、猫及其主人的血清中全氟和多氟烷基物质水平相似；基于尿液样本，狗及其主人对农药表现出相似的暴露。狗唾液被提出作为血液采样的非侵入性替代方案用于化学暴露组研究，并揭示了与人类血液中通常报告的水平相当的PFAS水平。在此，研究人员使用非侵入性样本调查伴侣动物的化学负荷，因为这使得采样对主人来说在家中更容易进行。虽然尿液和唾液是非侵入性的，但主人可能不容易在没有特定设备的情况下收集。研究人员建议使用伴侣动物可能自然散布在室内环境中的样本，如毛发、皮肤、指甲或羽毛，或必须从笼子中清洁的材料，如粪便或垫料，从而导致人类通过物理接触或吸入进一步暴露。有几项研究从毛发角度调查了伴侣动物的化学负荷，重点关注少量化学物质，如二苯甲酮和双酚A。Yavuz等人搜索了来自3个不同家族的32种化学污染物，即农药、多氯联苯和多环芳烃。狗毛中靶向了多达70种污染物，包括农药、多环芳烃和联苯。狗的毛发和指甲最近被用于在先前采矿活动的背景下搜索类金属和砷暴露，但未调查有机污染物。据研究人员所知，尚未有对指甲、家养鸟类羽毛和垫料中有机化学污染物的类似调查。在此，研究人员提议调查总共2400种已知化学污染物，据研究人员所知，此前未使用非侵入性样本对伴侣动物进行过此类研究。研究人员将物种扩展到鸟类和啮齿类动物，而文献通常聚焦于狗和猫。
在暴露预防以改善动物和人类健康的背景下，研究人员调查了伴侣动物在可能散布于家中的基质中的化学负荷，从而允许进一步的人类污染：毛发、皮肤、指甲、羽毛，以及笼养动物的粪便和垫料。研究人员使用一种创新方法——质谱成像，对部分样本进行了补充分析。这项尖端技术在完整组织中显示化学污染物的空间定位，最终允许修复方案。研究人员搜索了检测到的化学污染物可能产生的有害效应，并在动物和人类健康危害的框架内进行了讨论。
论文解读
一、研究背景与意义
伴侣动物被定义为人类出于陪伴和娱乐目的而选择共同生活的非人类生物，全球数量估计超过十亿。饲养伴侣动物对人类健康具有多方面积极影响，包括降低抑郁和焦虑水平、降低血压、减少心血管风险及增加身体活动。然而，伴侣动物与人类共享家庭环境，人类在室内度过高达90%的时间，这意味着两者面临相似的化学暴露。伴侣动物作为人类健康状态的哨兵物种，因其寿命较短、潜伏期缩短，往往比主人更早表现出疾病迹象，且某些物种对毒物的敏感性高于人类。同时，伴侣动物本身也是室内环境的污染源——它们可能将室外化学物质携带至室内，其毛发、羽毛、粪便和垫料均可能成为人类暴露的媒介。
当前研究存在的问题在于：已有研究主要聚焦于狗和猫的血液、血清、尿液等样本，对鸟类和啮齿类动物的关注不足；非侵入性样本（如毛发、指甲、羽毛、粪便和垫料）虽便于采集，但此前仅针对少量化学物质（如二苯甲酮、双酚A、部分农药和多氯联苯）进行了检测，缺乏对广泛化学污染物（2400种）的系统筛查；质谱成像技术在伴侣动物暴露组研究中的应用尚属空白。因此，本研究旨在利用非侵入性样本，系统调查伴侣动物的化学暴露组，评估其毒性风险，并探讨人类-动物共享暴露的“同一健康”意义。
二、研究内容与主要结论
研究人员从四个家庭收集了狗、猫、鸟和龙猫四种伴侣动物的毛发、皮肤、指甲、羽毛、绒毛、粪便和垫料样本，共检测到223种化学污染物。主要发现包括：狗和猫在毛发中检测到的污染物数量最多；笼养动物（龙猫和鸟）的粪便和/或垫料中检测到的污染物数量最高，提示其暴露途径可能以经口摄入为主而非直接接触。污染物类别以生物杀灭剂（Biocides）为主，同时检测到食品接触化学品（Food Contact Chemicals）、多环芳烃（PAHs）、药物（Pharmaceuticals）、塑料添加剂（Plastic Additives）和饮用水化学品（Drinking Water Chemicals）。质谱成像分析在猫指甲中定位了戊菌唑（Penconazole），在狗毛发中定位了利多卡因（Lidocaine），在鸟粪便中检测到霜霉威（Propamocarb）——后者因信号过低未在常规色谱-质谱分析中被检出。毒性风险评估基于全球化学品统一分类和标签制度（GHS），检测到的污染物涵盖刺激物、环境危害、腐蚀性、急性毒性、健康危害和易燃性六类危害声明，其中刺激物和环境危害最为常见。
三、关键技术与方法
本研究采用三重四极杆气相色谱-串联质谱（GC-MS/MS）筛查328种目标化学污染物（包括农药、毒物和多环芳烃），采用液相色谱-高分辨质谱（LC-HRMS）筛查2072种目标污染物（包括848种农药和1224种毒物），均基于Schymanski分类的1级注释置信度确认。质谱成像（MSI）技术用于完整组织的原位空间定位分析，可检测低丰度化合物并避免研磨提取过程中的稀释效应。样本来自四个家庭自愿提供的狗（2只）、猫（1只）、鸟（多只）和龙猫（1只）的非侵入性组织样本，未进行清洗以保留可能进一步暴露人类的外部污染物。毒性风险分类依据Norman Substance Database的使用类别和CompTox数据库的GHS分类。
四、研究结果
4.1 伴侣动物中的化学污染物数量
研究人员针对2400种化学污染物的可疑列表对伴侣动物样本进行了筛查，涵盖生物杀灭剂（农药、除草剂、杀虫剂、杀菌剂等）、药物（药品）和工业衍生物（食品和水污染物、塑料添加剂、多环芳烃）。共检测到223种化学污染物。狗和猫是显示污染物数量最多的动物，主要在毛发中发现。有趣的是，在笼养动物（龙猫和鸟）中，粪便和/或垫料中检测到的污染物数量最高，表明这些污染物可能源于水和/或食物摄入而非笼子环境。龙猫和鸟的毛发、羽毛和绒毛污染较少，因此笼养动物的主要暴露途径可能是摄入而非直接物理接触。高比例的化学污染物通过气相色谱检测到，表明这些化合物为弱极性或挥发性物质，这可能是因为毛发、羽毛和指甲是高度角蛋白化的组织，具有脂质屏障，对弱极性化合物具有高亲和力。
4.2 伴侣动物中的污染物类型
根据Norman Substance Database的使用类别分类，伴侣动物中检测到的化学污染物类型多样，生物杀灭剂在狗、猫、鸟和龙猫中构成检测化合物数量最大的类别。除生物杀灭剂外，食品接触化学品、多环芳烃、药物、塑料添加剂和饮用水化学品也在所有四个物种中检测到，数量因伴侣动物而异。其他类别如阻燃剂、表面活性剂、天然毒素和个人护理产品未在毛发、皮肤、指甲、羽毛、绒毛、粪便或垫料中发现。
4.3 伴侣动物中污染物的原位空间定位
研究人员利用质谱成像技术（MSI）分析了猫指甲、狗毛发和鸟粪便，以搜索化学污染物在这些样本中的特定空间分布模式，和/或低丰度化合物。该技术使用完整样本，大幅减少了样本制备时间和操作者对有机溶剂的暴露。此外，可能特定定位于样本小区域的低丰度化合物不会被研磨和溶剂提取稀释。研究人员在猫指甲中检测到戊菌唑，在狗毛发中检测到利多卡因，在鸟粪便中检测到霜霉威。霜霉威最初未通过色谱-质谱联用检测到，因为信号非常低，低于数据处理过程中为避免背景噪声检测而使用的截断值。在猫指甲样本中，戊菌唑主要检测于指甲尖端，提示暴露来自环境而非摄入和血液循环，因为指甲尖端没有血管化。在狗毛发中，利多卡因的丰度沿毛发全长保持稳定，提示直接物理暴露或慢性摄入暴露，并在毛发生长期间积累。通过允许伴侣动物样本中化学污染物的空间定位，MSI可被视为预防工具，因为它有助于识别化学污染的来源（内部或外部暴露），以修复初始污染，从而保护动物-环境-人类健康。
4.4 伴侣动物中检测到的化学污染物的毒性风险
研究人员使用GHS分类评估检测到的污染物是否具有危害特性。伴侣动物中检测到的223种化学污染物涵盖六种不同的危害声明：刺激物、环境危害、腐蚀性、急性毒性、健康危害和易燃性。最常见的类别是刺激物和环境危害，其次是急性毒性和健康危害。极少数化合物被归类为腐蚀性和易燃性。尽管检测到已知具有刺激性、危害性甚至毒性的污染物，但伴侣动物及其主人在采样时未显示刺激或健康问题的迹象，尽管未测量生理生物标志物。化学污染物对健康的影响与剂量、频率和暴露持续时间相关，本研究未测量这些参数。在动物样本中检测到的223种化学污染物中，猫毛发中的埃卡瑞丁（Icaridin）和对乙酰氨基酚（Paracetamol）以及狗毛发中的利多卡因定量低于0.06 μg/g，而狗指甲中的非那宗（Phenazone）定量低于0.015 μg/g。狗毛发中检测到芬普尼（Fipronil），一种众所周知的用于杀虫剂点涂抗寄生虫药的化学品，浓度为0.29 ± 0.0006 μg/g。
五、讨论与结论
讨论部分指出，伴侣动物非侵入性样本中检测到的污染物以生物杀灭剂为主，这与文献一致，可能源于为保护伴侣动物免受寄生虫侵害而使用的内外用生物杀灭化合物。研究检测到芬普尼和溴氰菊酯（Deltamethrin），它们是用于兽医抗寄生虫应用的知名生物杀灭剂。芬普尼在水体中的浓度可能对水生生物有害，部分通过主人洗手进入水循环，显示了宠物、人类和环境之间的相互依存关系。食品和水污染物的检出提示部分污染物通过摄入途径暴露，这与狗粮中发现有机磷酸酯阻燃剂及其转化产物、宠物食品和补充剂作为PFAS、多环芳烃和塑料衍生物膳食污染源的研究一致。
化学污染物与健康问题之间的直接联系并不容易建立，因为生物体不断暴露于天然和人为污染物的混合物中。研究人员基于GHS分类显示了伴侣动物中检测到的化学污染物的毒性风险，但化合物的毒性效应取决于剂量、暴露频率和持续时间。需要额外研究来调查检测到的化合物的剂量-反应关系和混合物暴露的潜在协同效应。本研究中采样的动物尽管存在被描述为刺激物、危害物或有毒物的化学污染物，但似乎健康状况良好，这显示了生物体应对暴露的能力，尽管长期影响未知。测量生理生物标志物将有助于更深入地调查伴侣动物及其主人的健康状况。
从“同一健康”的角度，伴侣动物与人类每日共享住房，有时共享寝具。它们受益于定期兽医检查，有时使用兽医药物。这种生活方式使它们暴露于化学污染物，可能导致疾病、刺激和炎症，可能引发行为改变。化学污染物还可能影响微生物组，导致健康改变。伴侣动物也可能是人类病原体的来源，例如来自狗粪便。
研究人员引入“元全生物”（Meta-holobiont）概念来描述人类家庭及其伴侣动物作为一个网络化的全生物系统，持续进行微生物交换、共享环境、生理共同调节和行为传递。在这个元全生物中，人类和宠物也共享其暴露组，化学污染物的跨物种传播发生在这个框架内。家庭之外，化学污染物对野生动物表现出直接和间接效应，可能驱动可塑性和进化。
一旦确定化学污染物的来源，可以应用预防措施来减少和/或消除家庭中的暴露。例如，笼养动物似乎通过摄入而非直接接触暴露，因此选择污染物含量较低的食物和水可能减少鸟类和龙猫的暴露。对于狗和猫，毛发和指甲中污染物数量较高，因此建议减少家庭和室外环境的外部暴露。使用不含塑料的健康成分洗发水可能避免人类和动物的直接接触。将塑料碗换成玻璃碗、将塑料或橡胶玩具换成天然乳胶玩具可减少动物摄入塑料。使用未经处理的天然纤维作为动物寝具可减少通过直接接触的外部暴露。
本研究是初步的概念验证，证明非侵入性样本是通过质谱调查伴侣动物化学负荷的有用工具。MSI的使用是伴侣动物暴露组研究中的新事物，允许污染物的空间定位。然而，本研究缺乏程序空白和配对家庭环境对照，无法完全排除采样或实验室来源的背景污染，也禁止对观察到的化学污染物进行稳健的来源追踪。需要扩展到更多个体和物种，纳入不同地理区域和生活方式更多样化的家庭。
结论部分总结：本研究遵循人类中已使用的暴露组框架，调查了伴侣动物的化学负荷。研究揭示伴侣动物因其生活方式而暴露于化学污染物，其中生物杀灭剂在毛发、皮肤、指甲、羽毛、绒毛、粪便和垫料中占主导地位，同时存在药物、食品和水污染物、塑料衍生物和多环芳烃。基于GHS分类评估了毒性风险，尽管研究中使用的动物未报告健康问题。MSI允许检测低丰度化合物和化学污染物在动物样本中的空间定位，以帮助估计污染物的来源（物理接触或摄入），这可能通过从环境中移除污染源来实现预防。伴侣动物的化学负担在室内环境中与人类共享，因此属于“同一健康”方法的范畴。预防伴侣动物暴露于化学污染物具有四个优势：（1）维持伴侣动物的最佳健康；（2）防止潜在有害化学污染物向人类转移，从而防止人类健康退化；（3）防止因污染导致的伴侣动物行为改变，这可能对动物和人类造成伤害；（4）通过避免化学污染物在生态系统中的传播来保护环境。
