中國網/中國發展門戶網訊 自1962年美國作家Rachel Carson所著的《寂靜的春天》（Silent Spring）出版以來，環境污染開始引起社會和公眾的廣泛關注。20世紀一系列環境健康損害事件已經給人類社會敲響了警鐘，如英國倫敦煙霧事件、美國洛杉磯光化學煙霧事件、日本水俁病事件和米糠油事件等。這些環境健康事件也極大推動了環境立法的進程及環境科學學科的發展。進入21世紀以來，突發的、急性的環境污染所導致的健康損害事件有所減少，但環境污染帶來的長期的、慢性的健康危害不容忽視，且與環境污染因素相關的疾病發病率還在持續增高。

在我國，由于當前環境污染狀況的嚴峻性和復雜性，環境污染所導致的健康問題已經凸顯。環境健康問題既是關系社會安定的重要民生問題，又是環境科學基礎研究的前沿領域。環境與人體均為極端復雜的體系，這兩者之間相互作用的復雜性給環境科學研究帶來了前所未有的挑戰。雖然目前各級政府和部門都加強了污染防治的工作力度，但相關領域基礎研究的相對滯后，使得防治工作缺乏基礎研究的理論指導與支撐，易陷入盲人摸象的困局。要打破環境健康研究的困局，必須從基礎研究著手，推動學科交叉，從根源上厘清不同疾病與環境污染之間的因果關系，從而為健康風險控制政策的制定提供科學的依據。

環境污染是危害我國國民健康的重要因素

我國環境污染面臨的新形勢

環境暴露具有多因子復合和時空差異大的特點，因此揭示與外界環境暴露相關的疾病發生機制需要具備全局和系統的研究理念。由于人口規模大、區域差異性大、發展迅速但不平衡等特點，我國的環境污染也體現出顯著不同于發達國家的特征：①高度復合。點源與面源污染共存，生活污染和工業排放疊加，一次排放污染與二次污染相互復合。②高度壓縮。整個工業化過程中的污染情況在較短的時間內集中呈現。這2點導致發達國家在污染治理方面的一些經驗無法直接照搬到我國，現有的知識理論框架也需要通過我國的基礎研究后進行更新，如對于復合污染健康風險的認識。

由于經濟發展的不平衡，部分欠發達地區特別是農村地區的公共衛生仍存在一些亟待解決的問題。例如，劣質固體燃料燃燒所導致的室內空氣污染，以及缺乏清潔用水和基本衛生設施所引發的疾病等問題突出。一些長期存在的環境問題，如大氣污染、水體富營養化、工業排放污染的威脅仍然嚴峻。許多農村地區正遭受著農藥殘留和固體廢棄物處置不當帶來的污染，而城鎮居民則暴露于高水平的室外空氣污染。此外，食品污染、飲用水污染、地下水污染、重金屬污染、抗生素濫用和密集畜牧水產養殖業帶來的污染都極大地加劇了我國環境污染的復雜性。

經濟社會的快速發展也帶來了一些新的健康風險。例如，以鹵代阻燃劑、全氟化合物等高產量化學品為代表的新污染物、電子垃圾、納米材料、微塑料污染等。而對于大氣污染，隨著大氣細顆粒物（PM2.5）的下降，控制難度更大的臭氧（O₃）污染問題日益凸顯。如何從眾多風險因素中準確辨識出關鍵致病環境因素，對環境健康研究是個極大的挑戰。

與環境污染相關的區域性高發疾病及應對措施

研究表明，人類70%—90%的疾病是遺傳因素和環境暴露等多種因素共同作用的結果。例如，心血管疾病、免疫系統疾病、神經退行性疾病、不良妊娠、癌癥等均已被證明與環境暴露密切相關。以癌癥為例，據國家癌癥中心于2020年12月發布的“2015中國癌癥發病與死亡統計”數據，2015年全國惡性腫瘤估計新發病例數為392.9萬例，平均每天超過1萬人被確診為癌癥，發病率與死亡率呈現逐年上升的趨勢。不同區域之間的發病率存在明顯差異，這些差異可能主要歸因于生活方式、衛生條件和環境污染。癌癥發病率城市高于農村，而死亡率農村高于城市。肺癌仍是我國死亡率最高的癌癥，而大氣PM2.5污染在中國的肺癌死因中占到23.9%，遠高于全球平均水平（16.5%）。

空氣污染帶來的健康風險負擔逐漸加重。2017年，《柳葉刀》（The Lancet）發表的2015年全球疾病負擔相關研究表明，大氣PM2.5污染導致全球每年420萬人死亡，占到全死因的7.6%，在所有的健康風險因素中排名第5（前4名分別為高血壓、吸煙、高血糖和高血脂）；而中國是受空氣污染健康危害最嚴重的國家之一，每年大氣PM2.5污染導致110萬人死亡，相比1990年增加了17.5%。2019年，《柳葉刀》發表的2017年中國疾病負擔相關研究表明，空氣污染為我國排名第4的健康風險因素（前3名分別為高血壓、吸煙和高鈉飲食）。

制定強有力的空氣污染控制政策是降低全國疾病負擔的有效的方式。2013年，中國政府發布了《大氣污染防治行動計劃》，這一政策的實施顯著降低了與環境空氣污染有關的死亡率。《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》中明確提出，要深入打好污染防治攻堅戰，包括：強化多污染物協同控制和區域協同治理；加強城市大氣質量達標管理，推進PM2.5和O₃協同控制，基本消除重污染天氣；加快揮發性有機物排放綜合整治；基本消除劣V類國控斷面和城市黑臭水體；重視新污染物治理等。

環境污染與疾病的內在關聯不易辨析

環境健康問題的4種模式

根據環境污染導致疾病的方式不同，我國目前的公眾環境健康問題大體上可以分為4類。

（1）病因明確的小范圍高發疾病。如：某些由明確污染源導致的“癌癥村”，以及由工業排放水體污染導致的下游高發疾病等。此類環境健康問題，因污染源明確，制定控制政策比較容易，而控制阻力往往來自執行過程。

（2）污染導致的大范圍高發疾病。如：由空氣污染導致的上呼吸道感染、慢性阻塞性肺病、心血管疾病高發，以及由高砷地下水導致的地方性砷中毒等。此類環境健康問題影響面極廣，但由于污染來源和成因復雜，治理難度大，需科學揭示關鍵致病組分和來源，從不同層面上制定綜合的控制政策。

（3）病因不明的區域性高發疾病。如：太行山地區的食管癌高發，以及云南宣威地區的肺癌高發等。此類環境健康問題對基礎研究挑戰最大，需通過研究范式的創新，綜合考慮多種環境暴露和遺傳因素，才能辨析出真正的致病因素，從而為健康風險控制提供科學依據。

（4）有空間局限性的小范圍高發疾病。研究表明，居住場所越靠近城市主干道，心血管疾病和神經退行性疾病的發病率越高。此類問題由于混雜因素較多，雖然風險易于規避，但內在科學證據仍然不足。

高發疾病的環境誘因難以辨析

很多區域性高發疾病的環境污染誘因仍不明確。大氣PM2.5污染是我國目前面臨的最為緊迫的環境問題。現有研究表明，大氣PM2.5污染與心血管疾病、呼吸道疾病、腫瘤等多種疾病都有密切關系。但是，由于PM2.5組分和來源極其復雜，其誘發疾病的關鍵毒性組分及致病機制仍不清楚。此外，一般認為癌癥發生的風險因素可分為內因（如遺傳因素、DNA復制隨機錯誤）和外因（即環境因素，如吸煙、酒精、紫外輻射、空氣污染、致癌化學品、環境毒素等），而癌癥是在內因和外因的共同作用下的結果。但是，內因和外因在癌癥發生中哪個起到更重要的作用，目前仍極具爭議。例如，Tomasetti等通過研究美國癌癥登記資料庫及423個國際癌癥數據庫，發現不同器官組織的癌癥風險與其干細胞分裂總數具有強相關性；因此，認為癌癥主要歸因于健康細胞的DNA在復制過程中發生的隨機錯誤（即“Bad luck”假說），而環境和遺傳因素只占癌癥風險的1/3。然而，Wu等認為超過70%的癌癥風險來自外部環境因素。

我國很多區域性癌癥高發的病因仍不明確。例如，《2012中國腫瘤登記年報》數據顯示云南宣威肺癌發病率高達93人/10萬人，位居全國第一。對宣威肺癌的研究從20世紀70年代開始至今已有數十年之久，有研究認為室內燃煤空氣污染是宣威肺癌高發的主要危險因素，其中多環芳烴（PAHs）、石英、氡等被猜測與肺癌高發有關，但其病因仍有爭議。又如，太行山地區中的某些區域記錄著世界最高的食管癌發病率（100人/10萬人）。盡管已有數十年的研究和干預，但這些區域的致癌因素仍未能得到廣泛接受的科學解釋。

國際相關領域研究現狀

歐美等發達國家數十年前即在國家層面部署了環境污染毒理評價與健康影響戰略研究計劃，并投入大量資金支持相應的基礎研究。

（1）歐洲。歐盟通過政策性導向支持歐盟第六和第七框架計劃相關項目研究，并與經濟合作與發展組織（OECD）合作建立“評估方法”。《歐洲環境與衛生行動計劃2004—2010》（The European Environment & Health Action Plan 2004-2010）已經順利實施。英國、法國、挪威、希臘、立陶宛6個國家13家合作機構基于6個母嬰隊列聯合開展了人類生命早期暴露組（HELIX）研究，期望獲取歐洲人群的早期暴露和兒童時期健康的關系。該機構測量了32000多對母嬰的環境暴露特征及其對兒童成長、發育、健康的影響，在1301個血液和尿液樣本中共檢出45種外源污染物或其代謝物。已有10個歐洲出生隊列——BAMSE（瑞典）、GASPII（意大利）、GINIplus與LISAplus（德國）、MAAS（英國）、PIAMA（荷蘭）和4個INMA隊列（西班牙），涉及空氣污染與肺炎、哮喘、中耳炎等疾病之間的相關性。比利時于2017年啟動了“EXPOsOMICS”計劃，試圖通過對空氣污染和水污染健康效應的研究將外暴露和內暴露整合起來，以建立暴露組學研究方法。

（2）美國。美國啟動了“Tox21”計劃，通過科學導向，自上而下地開展系統的“毒性通路”研究，以發現新的分子生物學靶點，揭示毒性作用模式。美國國立環境健康科學研究所（NIEHS）的“環境與健康新戰略計劃（2012—2017）”則充分關注了低劑量暴露、暴露組學、表觀遺傳改變、靶點與通路等問題。為了推動全環境關聯研究及人類暴露組計劃，美國發起成立了暴露組聯盟。2012年，美國政府發布《生物監測國家戰略》，開展國家生物監測項目（NBP）研究，旨在評估人群營養狀態及美國人群對環境化學品和有毒有害物質的暴露水平。2013年，美國成立了HERCULES暴露組研究中心，該中心致力于提供新的暴露組學研究方法。

（3）日本。日本于2011年啟動了全國范圍的出生隊列研究“環境和兒童研究”（The Japan Environment and Children’s Study），擬評估一系列環境因素對兒童健康和發育的影響。

由上可見，在環境健康研究方面，發達經濟體早已提前出發。然而，上述大科學計劃或工程多針對已知的特定污染物，對污染物的非靶向全局分析較少，系統方法學還不完善；雖然深化了對污染物在人體內賦存水平的認識，但在探明疾病和污染的因果關系方面的進展不突出。此外，由于不同地區污染特征的巨大差異，歐美等發達國家的研究結論和控制策略不能直接推廣到我國。

我國環境健康基礎研究中的薄弱環節

解決當今世界環境健康問題的“瓶頸”仍然在于基礎研究。環境中的污染物數目極其龐大，其理化性質、賦存水平、時空分布、毒性效應等差異巨大。從中厘清其與人體疾病發生發展的關系，需借助環境科學、醫學、化學、生命科學、地球科學、統計學等多方工具，其中存在4個薄弱環節。

（1）研究方法學不完善，缺乏暴露標志物。厘清環境暴露與疾病發生的關系，需將外部暴露和內源生化響應有效整合起來，建立“污染過程—人體暴露—人體響應—疾病發生”的全局研究路線。特別是在人體暴露的環節，需將環境外暴露和人體內暴露進行有效的結合，才能找到與疾病相關的真正影響因素。然而，由于個體差異和人口流動性，使得建立與外暴露響應的人群內暴露評價模型極為困難，導致環境外暴露和人體內暴露研究仍處于脫鉤狀態。這一環節依賴于可靠的暴露標志物，包括可直接測量的化學物質（如血液中的外源污染物）或是通過生理機制以各種方式修飾過并仍能識別的化合物（如代謝產物或加合物）。暴露標志物的研究應貫穿疾病的“上游”（疾病病因）及“下游”（預測與診斷）研究。然而，目前可靠的暴露標志物數量極其有限，研究手段也多局限在對現有生物標志物的濃度檢測方面，能夠獲取的信息有限，導致無法準確辨析疾病發生中的各類復雜因素。

（2）難以獲得疾病與污染之間因果關系的科學證據。目前的研究結果大多是通過流行病學研究獲得，通常采用問卷調查的方式獲取輻射、氣候、環境污染等外暴露信息，但人體內暴露化學物質的種類和水平無法通過問卷調查和地理氣象資料查詢獲得。目前的研究大多關注的是疾病與單一或幾種環境因素的關聯關系；但面對混雜多因素時，關聯性分析很難辨析出風險因素與疾病的因果關系，絕大多數關聯關系的內在科學證據仍然不足。這導致很多疾病的環境誘因及致病機制仍無法明確。

（3）基于人群獲得的方法和結論無法用于個體風險評估。目前，病因學研究多基于大范圍的人群調查。但是，由于個體之間的疾病易感性及生活環境差異巨大，基于人群大數據獲得的方法和結論不能直接用于個體風險評價。同樣，由于暴露標志物的缺乏，對個體的風險評估仍然極為困難。

（4）外源污染因素誘導疾病發生的機制不明。由于疾病發生往往是多因素共同作用下的復雜過程，對其發生機制的研究高度依賴于識別、檢測和追蹤等化學工具。但是，由于相關研究手段和標志物的缺乏，很多外源因素誘發疾病的機制和關鍵生理過程并不明確，因而造成預防和診療的靶點無法定位。因此，環境健康研究急需新的思路、新的途徑和新的手段，以厘清不同因素在疾病發生發展中的作用與機制。

面對新需求的基礎研究學科建設

當前，為了積極應對氣候變化，2030年前實現碳達峰、2060年前實現碳中和已成為我國經濟和社會發展的重要目標，且必將深刻影響我國能源結構和環境污染形勢。由于環境健康問題既涉及不同學科領域，也涉及從微觀到宏觀不同的研究層面，學科交叉創新無疑是解決環境健康問題的必經之途，這也給相關基礎研究提出了新的要求。考慮到現有研究鏈條的薄弱環節，亟待加強以下領域的研究力量和投入。

（1）暴露組學。“暴露組學”（exposomics）是隨著環境健康科學發展而產生的新的研究領域；其與基因組學（genomics）的概念相匹配，凸顯了環境對健康的影響。基因組學在近幾十年發展突飛猛進，全基因組關聯分析被廣泛應用于解釋人類的疾病病因。但事實上，基因組只能解釋10%的慢性疾病病因，還有90%的病因與環境暴露因素有關。為此，Wild于2005年首次提出暴露組的概念——指研究對象從胚胎到死亡所受到的所有環境暴露的總和。與傳統的暴露科學相比，暴露組學更關注環境與機體的動態作用，因此在方法學上面臨巨大的挑戰。暴露組學可分為外暴露和內暴露，前者通過測量外環境中的各種暴露因素來篩查健康風險物質，而后者關注人體內環境中與暴露相關的所有因素，因此對于厘清環境暴露與疾病的關系能提供更為直接的證據。雖然目前尚無成熟的暴露組學研究方法，但近年來該領域發展十分迅速。在2015年啟動的國家自然科學基金“大氣細顆粒物的毒理與健康效應”重大研究計劃中，已經布局了關于暴露組學的研究內容。未來這個領域的研究還需進一步加強。

（2）超痕量測量、表征與溯源方法學。環境健康研究建立在對環境和人體中污染物及生物標志物精確測量的基礎上，而環境和人體中的污染物普遍具有濃度極低和基質復雜2個特點。例如，外源性污染物在人體內的賦存濃度比藥物或內源性物質一般要低4個數量級以上，這給測量和表征都帶來了極大的困難，而復雜基質的干擾使測量難度進一步加劇。此外，由于暴露組全局分析和動態的特點，急需完善和應用非靶向分析（non-target analysis）和效應導向分析（effect-directed analysis）方法，而對疾病病因的辨識則需要結合化學溯源工具來追蹤暴露標志物的來源。通過對人體內外源污染物的識別、表征和來源解析，才能闡明污染物在人群和個體中的真實賦存狀態和跨生物屏障轉運機制，建立內暴露和外暴露的關系，以及揭示污染物在人體內的生命周期和致病機制。

（3）分子流行病學。分子流行病學是傳統流行病學與先進測量科學、分子生物學、毒理學等交叉的學科；其將流行病學現場研究和實驗室化學測量結合起來，以闡明疾病的病因和分子機制。分子流行病學特別關注疾病發生的不同生物學階段的生物標志物的發現，并探討其與外暴露和健康結局之間的關聯。這對于從復雜因素中辨識關鍵致病誘因并深入闡明其基因-環境交互作用機制至關重要。分子流行病學也關注建立和發展預防導向的生物標志物，以提高健康風險評價的精度。

（4）環境大數據。測量技術和組學的快速發展催生了海量環境數據的產生，從這些海量數據中獲取有效信息需要環境科學、信息學、統計學等多學科工具。通過計算毒理學和組學分析等手段，結合人群、隊列及暴露組分析得到的大數據，能夠揭示與外源污染物毒性作用的關鍵分子起始反應，以及污染物與體內生物分子的相互作用過程，進而闡明污染物生物感知與識別、基因網絡調控機制，建立污染物毒性預測和評價模型。

（5）人工智能。人工智能尤其是機器學習的發展為環境健康問題的解決提供了前所未有的契機。目前，機器學習已經在環境健康研究中嶄露頭角，在大氣污染控制、污染溯源、化合物毒性評價與預測、疾病診斷等方面都表現出強大的應用潛力，未來也必將成為解決環境健康問題的有力工具。

（6）健康導向的精準污染防控技術。辨識區域高發疾病中的環境污染誘因的最終目的是控制污染的健康危害并提供相應的政策建議。環境致病因素的精準辨析給污染防控工作提供了科學依據。未來，需要結合關鍵致病污染物及其來源，開發個體污染防護器件，從而將個體防護和人群防護相結合，改變以往“一刀切”的粗放式污染控制方式，實現健康導向、有的放矢的精準污染控制；通過針對高健康風險污染物進行精準定點打擊，在污染防控和經濟發展之間取得更好的平衡。

（作者：劉倩，中國科學院生態環境研究中心環境化學與生態毒理學國家重點實驗室；曲廣波，中國科學院生態環境研究中心環境化學與生態毒理學國家重點實驗室；陸達偉，中國科學院生態環境研究中心環境化學與生態毒理學國家重點實驗室。《中國科學院院刊》供稿）