复旦大学阚海东、陈仁杰课题组在交通污染与健康领域取得进展
供稿：杜喜浩、陈仁杰
近日，复旦大学公共卫生学院阚海东、陈仁杰课题组，开展了一项随机交叉对照研究。该研究首次采用多组学分析技术，探索了交通相关空气污染暴露对人体外周血外泌体转录组、蛋白质组以及代谢组的影响。本次研究结果以“Dynamic Molecular Choreography Induced by Traffic Exposure: A Randomized, Crossover Trial using Multi-Omics Profiling”为题发表在《Journal of Hazardous Materials》杂志上 (论文链接：https://authors.elsevier.com/sd/article/S0304-3894(21)02327-X)。
大气污染对人体健康的影响引起了广泛重视，交通相关空气污染是大气污染的重要组成部分。然而，交通污染对人体健康影响的作用机制尚不清楚，尤其缺乏基于组学的探索性研究。该研究采用随机交叉对照设计，志愿者以随机顺序先后暴露于交通污染较重的马路口以及远离交通污染的公园各4小时，中间相隔一个洗脱期（至少2周）。暴露结束后1小时内，采集外周血，随机挑选35对样本，进行外周血外泌体转录组、蛋白质组和代谢组检测。在暴露期间，马路组中细颗粒物（PM2.5）、超细颗粒物（UFP）、黑碳（BC）、二氧化氮（NO2）以及一氧化碳（CO）的平均浓度约为公园组各污染物浓度的2~4倍。采用线性混合效应模型（LME）筛选具有组间差异的组学标志物。
研究结果显示（图1），交通污染急性暴露引起转录组、蛋白质组和代谢组中数千个分子出现显著性改变。正交偏最小二乘-判别分析（OPLS-DA）模型结果显示，交通污染急性暴露后，马路组和公园组中样本出现明显分离的趋势。LME结果显示，各组学中合计筛选到3635个差异分子，包括3449个mRNA、58个蛋白质、128个代谢物。
图1. 交通相关空气污染暴露所致外周血外泌体转录组、蛋白组以及代谢组中分子的整体变化
针对外泌体转录组的通路分析显示（图2），3449个差异基因所富集的通路主要与免疫应答、炎性反应、心血管相关信号通路以及代谢反应等通路有关。同时，转录组分析还提示生长因子信号通路出现紊乱，包括生长激素信号、血小板衍生生长因子信号、转化生长因子-β信号通路等。
图2. 交通相关空气污染暴露对外周血外泌体转录组通路的影响
针对外周血蛋白质组以及代谢组的通路分析显示（图3）：58个差异蛋白质与多个心血管代谢疾病发病机制相关；128个差异代谢物主要与氨基酸代谢、葡萄糖代谢以及脂肪酸代谢有关。
图3. 交通相关空气污染暴露对外周血蛋白质组通路的影响
该研究首次结合随机交叉对照设计和多组学手段，比较系统性地探索了交通空气污染对人体健康效应的分子机制。该研究揭示了交通污染急性暴露可导致不同层次的组学分子改变，这些分子改变与免疫应答、炎性反应、心血管相关信号通路的关联最为密切。该研究从基因-蛋白-代谢物水平上，比较全面地揭示了交通污染所致人体外周血生物活性物质的变化，并为未来深入探索交通污染暴露对重大疾病的影响及机制提供了新的方向和思路。
公共卫生学院博士后杜喜浩、张庆丽为该论文的共同第一作者，阚海东教授、陈仁杰教授为该论文的共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金项目(92043301、91843302、82030103)和上海市公共卫生三年行动计划(GWV-10.1-XK11，GWV-10.2.XD17)的资助。