《环境暴露与健康效应》专著正式出版

发布时间:2020-04-10  |  【打印】 【关闭

  改革开放40年来,我国社会经济面貌发生了翻天覆地的变化。在工业领域,煤炭、钢铁、造船、汽车、水泥在内的多种工业品产量位居世界第一;在农业领域,粮食、蔬菜、肉禽类、水产品、水果等产量位居世界第一;在智能手机、新能源汽车、工业机器人等一些新兴工业产品市场规模也位居世界前列;新能源、桥梁建设、航天航空设备、交通运输网和超级计算机是近年来中国制造业的巨大成就;我国目前在大数据、人工智能、5G通讯领域也处于世界领先地位。

  然而,我国若干工业行业的发展在过去一定时期内呈现出高投入、高能耗、高排放、低效率的特点,经济发展与环境保护之间存在着不协调、不平衡的情况。

  2018年,我国钢铁、水泥的总产量分别占世界总产量的51%和57%,而GDP仅占世界的17%左右;我国煤炭消费高达37亿吨标煤,占全球的47%,而发电量仅占全球的25%;机动车保有量高达3.3亿辆,年产销居世界第一,且家用小汽车的增长,还将随着我国城乡经济的发展呈现出更快的增长速度。工业生产、交通运输等所产生的环境问题将是我国污染治理长期需要面对的挑战。

  最近几年,全国地表水水质逐步得到改善,2018年,Ⅰ~Ⅲ类水体占到71.0%,劣Ⅴ类水体降至6.7%。然而,各地黑臭水体控制、工业废水处理、地下水污染、海洋污染、饮用水安全等问题依然比较突出。

  我国近几年在控制和降低大气污染方面取得了显著进展,2018年全国平均PΜ2.5浓度由2013年的72μg·m-3 降低到39μg·m-3,但离WHO推荐的二级空气质量标准还有一定差距。我国还有不少城市面临着PΜ2.5污染与臭氧增加的双重压力,经常出现重雾霾天气,污染机理不清,控制难度大。

  当前,我国的环境污染治理整体呈现出新的发展态势。

  从管理层面,全球化学品登记与使用的速度呈现爆炸式增加。2013年以前,全球登记的化学品只有7000万;到2019年上半年,全球登记化学品已经增加到1.5亿,短短的几年间就翻了一番,平均每天增加约4万种,每年增加20%左右。工业生产与日常生活中使用的化学品,在生产、储运、使用到环境排放的整个链条中,各国对使用的化学品的毒性知之甚少。大量未经严格环境风险与健康风险评估而使用的化学品造成了环境保护的盲动性与被动性。

  更为重要的是,由环境污染所造成的健康问题日趋严重。据WHO报告,全球70%的疾病和40%的死亡人数与环境污染因素密切相关。联合国发布最新一期《全球环境展望》报告指出,全球1/4的过早死亡和重大疾病都是人为污染和环境破坏所致,空气污染是导致全球疾病负担的主要环境因素,每年造成数百万人过早死亡。我国与环境污染相关的疾病近年来呈现显著上升态势。根据《2017年中国城市癌症最新数据报告》,中国癌症死亡率高于世界平均水平,也高于较发达国家水平和欠发达国家水平,约占全球癌症发病数的27%,每天约有1万人被确诊为癌症。根据最新研究结果显示,环境风险因素,特别是空气和水污染,是中国肿瘤发病率高的重要原因。

  环境污染与疾病高发之间存在着显著的相关性,但在时间尺度上存在着滞后性,在因果关系上存在着高度不确定性。1973~1975年,云南宣威肺癌死亡率为23.1/10万,男、女死亡率分别为全国平均水平的4倍和8倍。经过20年的改炉改灶、环境治理,宣威的环境质量得到很大改善,其中室内空气中多环芳烃含量从1988年的5060ng·m-3 降至2008年的96ng·m-3。然而,2004~2005 ,该地区肺癌死亡率却又上升至91.1/10万,男、女死亡率分别为全国平均水平的3倍和6倍,而且发病年龄较全国平均水平提前15~20岁左右。此外,淮河流域肿瘤高发的原因与当地的水污染密切相关,污染最严重、持续时间最长的地区,恰恰是消化道肿瘤死亡上升幅度最高的地区。然而,水环境污染如何导致肿瘤,其中存在的内在联系并不清楚。

  到目前为止,科学家们仍然无法找到环境污染导致的长期健康危害结局的直接关联。目前环境与健康领域的大量工作只是提供了环境污染与暴露其中的人群健康指标之间的相互统计证据。WHO和世界癌症组织通过流行病学统计研究表明,70%~90%的疾病源于环境污染暴露的差异而非基因的差异,污染与健康直接关联的具体因果关系仍然是世界性难题,也是目前环境健康研究的瓶颈问题。

  随着美国发布《21世纪毒性检测愿景与战略》以及暴露组概念和环境关联研究方法等的提出,环境与健康研究正处于一个全面方法学革新、重视分子毒理学及疾病机理研究的重要时期。

  首先是暴露组学研究。暴露组学研究不同于医学接触研究,具有深远的环境意义与特色。我国人群面临的是传统与现代环境风险因子暴露的双重挑战,目前亟需将EWAS和GWAS结合,以EWAS弥补GWAS的不足,深入剖析基因与环境间的相互作用。

  其次,污染与生物分子的交互作用及其分子毒理的研究亟需方法学创新。污染的健康危害是其与多种生物分子相互识别与作用的复合效应,污染对毒性通路的扰动机制极其复杂。认识污染的健康危害应以污染与生物分子选择性识别为切入点,分析分子作用机制及其引发的级联响应模式,解析污染引发的自由基形成及核酸氧化损伤机制,揭示污染物诱发遗传与表观遗传变化的分子机制。

  在污染的健康危害机制方面,污染的健康危害与其对机体呼吸系统、代谢、内分泌、神经、免疫等系统功能的干扰存在紧密联系,其研究重点在于机体损伤的分子毒理学基础与病因学。分子环境流行病学则侧重区域污染相关的健康危害,方法瓶颈在于如何科学运用大数据,将分子生物学、毒理学乃至分子流行病学等信息相结合,以探寻导致疾病的环境污染因素。环境污染的复杂性使得完全依赖实验来评价其毒理效应很难得以实现,以大数据解析为核心的系统生物学特别是计算毒理将是污染毒理评价的有力工具。

  新中国成立伊始,我国确立了“预防为主”的卫生工作方针,整治环境卫生,为预防传染病发生和流行、保护人民身体健康发挥了积极而不可替代的作用。20世纪80年代初以来我国政府一直将“环境保护”作为一项基本国策,合理开发利用自然资源,努力控制环境污染和生态破坏,防止环境质量恶化,保障经济社会持续发展。2007年由13个部委共同发布的《国家环境与健康行动计划(2007—2015)》,这份行动计划的重点是建立健全环境与健康法律法规标准体系、环境与健康监测网络、环境与健康风险预警和突发事件应急处置工作、环境与健康信息共享与服务系统、环境与健康技术支撑建设和国家环境与健康组织协调机构。

  到目前为止,我国在环境与健康科学研究领域尚缺乏足够的基础研究计划与国家项目支持。2018年的《政府工作报告》指出“国家科技投入要向民生领域倾斜,加强雾霾治理研究,推进癌症等重大疾病防治攻关,使科技更好造福人民”。这预示着环境污染与健康这一重要的关乎民生福祉的研究将会更加得到国家的重视。

  2014年底,国家自然科学基金委员会正式启动了“大气细颗粒物的毒理与健康效应”重大研究计划。时至今日,“大气细颗粒物的毒理与健康效应”计划已执行近5年,来自不同背景的多学科专家参加到这一研究计划中,针对有限目标,强化学科交叉,创新研究思路,联合协同攻关,取得了显著进展。在大气细颗粒物毒性组分的来源、演化与甄别,大气细颗粒物的暴露组学,大气细颗粒物污染人群健康危害的流行病学研究和大气细颗粒物组分的分子毒理与健康危害机制等方面取得了若干重大突破。

  同年,我们提出的“典型污染物的环境暴露与健康效应”得到中国科学院先导科技项目(B类)的支持。项目针对污染物环境暴露与机体损伤这一核心科学问题,在瞄准国际前沿的同时紧密结合我国实际,从污染与生物分子交互作用及其与机体特定损伤的关系为切入点,在环境污染与健康损害间搭建桥梁,重点在污染物环境与人群暴露、污染物-生物分子作用及其对机体毒性作用路径的干扰机制和污染所致健康效应的可遗传与可继承性等学科前沿开展前瞻性研究。

  经过5年的研究,项目在典型污染物的外暴露与内暴露、污染物的环境过程与生物有效性、污染物与生物分子交互作用机制以及污染物的毒性与健康危害机制等方面取得了系统成果。

  例如,项目基于生物效应导向的组分分选、高分辨质谱非目标筛查等先进分析手段的整合和运用,先后在我国实际环境样品中发现了20大类146种新型污染物,引领了若干新分子结构污染物的深入研究。

  利用硅、氧双同位素指纹和机器学习,成功实现了SiO2 颗粒的来源区分,为更准确的颗粒物健康风险评价和污染控制提供技术手段。

  针对典型环境污染物的毒性效应,发展了一系列表观遗传分析技术与方法,证明了高等生物基因组6mA存在,是表观遗传领域的突破。

  系统研究了RNA修饰对RNA加工代谢、多种生物学过程及应对污染物暴露的功能调控,基于干细胞毒理学研究了多种环境污染物对人体健康影响的机制,为进一步揭示污染物对机体的表观损伤和健康影响提供了重要基础。

  

  ▲二噁英干扰神经细胞中AChE 活性的作用机制

  此外,项目以纳米二氧化钛净水材料创新为基础,开发了高效、经济、稳定的砷去除技术,推动了地砷病防治与健康保障技术的创新与发展。

  《环境暴露与健康效应》(江桂斌,宋茂勇等著. 北京:科学出版社,2020.2)一书是学科交叉、协同攻关、集体努力的结果。书中较为全面地介绍了典型污染物的环境暴露和健康危害机制,以及针对环境与健康研究领域科学前沿而发展的新型研究手段和分析方法,反映了该领域近几年来的新成果、新观点和研究方向。

  通过这个先导专项,我们形成了一支学科互补、紧密合作、团结进取的研究团队,主要成员来自中国科学院生态环境研究中心、化学研究所、动物研究所、水生生物研究所、广州地球化学研究所、沈阳应用生态研究所、合肥物质科学研究院、北京基因组研究所及中国科学院大学。国家食品安全风险评估中心、天津医科大学、山东大学、江汉大学以及多家医院也参与了专项的研究工作。本书由这些单位的研究团队共同撰写,结合国内外相关领域的研究动态和我们取得的研究进展,进行了系统总结、全面梳理和整体分析。

  然而,受时间限制以及学识水平之局限,作者在撰稿和修改过程中难免有失偏颇,出现不同学术观点甚至不确切的结论。环境污染与健康研究在我国刚刚起步,围绕民生福祉的重大需求,我们一直坚持在不断的学习中努力提高,有所发现、有所创新、理论联系实际、实验结合现场的理念。而科学的发展是永无止境的,人们对环境健康问题规律的认识也会随着时间的推移而不断深入。

  我们希望本书能够对广大环境科学、毒理学、公共卫生、预防医学和临床医学工作者、研究生及环境健康管理专家有所帮助,对读者了解并把握环境健康研究的热点和前沿领域起到抛砖引玉作用,引起广大读者的广泛兴趣、讨论、争论和批评指正,都是我们期待和深感欣慰之处。

  

  

  本文摘编自《环境暴露与健康效应》(江桂斌,宋茂勇等著. 北京:科学出版社,2020.2)一书“序”“前言”。

  

  本书主要介绍典型污染物的环境暴露与健康危害机制,以及针对环境与健康研究领域科学前沿而发展的新型研究手段和分析方法,反映了该研究领域近年来的新成果、新观点与研究方向。全书共22 章,系统介绍了以下四方面内容,典型污染物的外暴露与内暴露(第1~6 章);污染物的生成、环境过程与生物有效性(第7~11 章);污染物与生物分子交互作用机制(第12~15 章);污染物的毒性与健康危害机制(第16~22 章)。本书可供高等院校环境科学、环境毒理学、生命科学、环境流行病学等专业的高年级本科生、研究生以及相关领域的科研人员阅读参考。  

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