日期：2024-5-2

大量研究表明，环境暴露对人体健康有重要影响。然而，在现实世界中，人体的暴露场景异常复杂，这对评估环境因素的人群健康风险带来较大挑战。选取适当、可靠的生物标志物对于从暴露组的角度开展人体健康风险评估至关重要。头发样本已在众多研究中被用于评估人体的暴露特征，拥有独特优势。开发头发暴露标志物，并将其应用于生育健康风险评价，具有明显的应用潜力（图1）。

基于以上背景，北京大学公共卫生学院生育健康研究所联合国内外多学科研究团队，开展了系列工作，包括提出基于头发暴露组的生育健康研究一般框架、开发头发暴露标志物同步测定方法以及评估头发暴露标志物的外部干扰程度，并在此基础上，应用头发标志物开展生育健康风险评价流行病学研究。

图 1. 头发暴露组学研究框架

系列工作(1)：建立头发标志物与生育健康风险研究框架

第一完成单位：北京大学

期刊：Hygiene and Environmental Health Advances

论文信息：Ren M, Fang M, Liu J, Lu Q, Bao H, Zhuang L, Meng F, Pan B, Yan L, Li Z, Xu J, Han B, Bai Z, Tian C, Wang Y, Wang B*. Applying hair exposome for linking environmental exposure to reproductive health: A comprehensive review and research perspective. Hygiene and Environmental Health Advances. Volume 9, 2024, 100086, https://doi.org/10.1016/j.heha.2023.100086

全文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2773049223000429

针对头发暴露组和人体生育健康研究课题，北京大学公共卫生学院王斌研究员联合国内外多学科研究团队，撰写了综述文章。该综述概括了应用头发暴露组开展环境与生育健康的最新研究进展及其优势，总结了头发中暴露生物标志物的可靠性，提出了使用头发暴露组进行生殖健康研究的一般框架。迄今为止，头发样本中已检测到大量环境暴露物质，包括外源和内源性暴露，例如无机元素、药物、烟草和酒精标志物、酚类、农药、阻燃剂，以及其他有害污染物及其代谢物等（图2）。这表明可利用头发标本表征人体环境复合暴露特征谱。

图 2. 人体头发样本中检测到的各种环境物质的典型浓度

头发样本可以无创采集，能够对参与者带来最小化的身体伤害，有利于招募目标研究人群，对于流行病学项目开展具有独特优势。同样，头发样本相对稳定的生长速率使其能够表征人体的长期暴露情况，甚至用于追溯过去一段时间的暴露历史，确定敏感暴露时间窗口。因此，结合头发样本的上述特点与优势开发暴露生物标志物，可作为评价人体暴露特征的重要指标，应用于整个孕期的健康风险评价（图3）。

图 3. 应用头发标本研究女性从孕前到产后的环境暴露与生育健康的关系。假定母体头发的生长速率为1厘米/月

目前为止，仍缺乏一个用于研究多种环境暴露对生育健康影响的头发暴露组通用分析框架。作者从多个维度和场景阐述头发中暴露生物标志物的可靠性，并初步构建了生物标志物数据库。随后，作者进一步提出可用于探索头发暴露组和人类生育健康之间的标准化研究框架（图4），包括研究假设、样品采集、样品前处理、生物标志物数据库、测定数据整合以及数据分析等流程。

图 4. 基于头发暴露生物标志物开展环境与生育健康研究的框架

系列工作(2)：开发头发暴露标志物同步测定方法

第一完成单位：北京大学

期刊：Science of the Total Environment，IF2022 = 9.8，中科院1区

论文信息：Ren M, Jia X, Shi J, Yan L, Li Z, Lan C, Chen J, Li N, Li K, Huang J, Wu S, Lu Q, Li Z*, Wang B*, Liu J. Simultaneous analysis of typical halogenated endocrine disrupting chemicals and metal(loid)s in human hair. Science of the Total Environment. Volume 718, 2020, 137300, https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.137300

全文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S004896972030810X

针对头发标本，北京大学公共卫生学院王斌研究员和李智文研究员联合多家研究团队，开发了利用少量头发标本同步测定多种环境内分泌干扰有机物和无机金属元素的实验分析方法。该方法可一定程度有效去除头发表面污染，各头发暴露生物标志物回收率表现良好（80–120%）。同时，作者通过开展人群断面研究作为示例，利用上述方法测定孕妇头发中各暴露标志物水平，验证了该方法的可行性与有效性。

图5. 开发头发分析方法评估人体环境内分泌干扰有机污染物和金属元素暴露水平

系列工作(3)：评估头发暴露标志物的外部干扰情况

第一完成单位：北京大学

期刊：Environment International，IF2022 = 11.8，中科院1区

论文信息：Ren M#, Yan L#, Pang Y, Jia X, Huang J, Shen G, Cheng H, Wang X, Pan B, Li Z, Wang B*. External interference from ambient air pollution on using hair metal(loid)s for biomarker-based exposure assessment. Environment International. Volume 137, 2020, 105584, https://doi.org/10.1016/j.envint.2020.105584

全文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0160412019339364

为了评估头发暴露生物标志物存在的外部干扰问题，北京大学公共卫生学院王斌研究员与多家研究团队合作，设计建立了基于离体头发样品的室内和室外环境暴露实验。通过测定比较暴露前和暴露后头发中金属元素水平，发现多数头发金属元素暴露标志物浓度受外环境干扰程度相对较小，为头发暴露生物标志物应用研究提供了关键支撑和参考。

图6. 离体头发标本环境暴露实验设计

系列工作(4)：应用头发标志物开展生育健康风险评价流行病学研究

第一完成单位：北京大学

期刊：Environmental Science & Technology Letters，IF2022 = 11.4，中科院1区

论文信息：Wang B, Pang Y, Li K, Jiang J, Zhu Y, Li Zhen, Pan B, Zhang L, Zhang Y, Ye R, Li Z*. First Evidence on the Adverse Effect of Maternal Germanium Exposure on Fetal Neural Tube Defects. Environmental Science & Technology Letters. Volume 10, 2023, 192–197, https://doi.org/10.1021/acs.estlett.2c00964

全文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.estlett.2c00964

根据建立的方法和分析框架，北京大学公共卫生学院李智文研究员和王斌研究员带领团队成员探究孕妇金属锗（Ge）暴露与胎儿神经管畸形风险的关联。作者利用头发样本特点，追溯神经管畸形的敏感暴露窗口期，明确了暴露与结局的时序性，大幅提高证据强度。研究发现孕妇头发金属Ge暴露与神经管畸形风险增加有关。同时，该研究整合外部出生队列研究和大鼠金属Ge暴露模型结果，论证了上述关联的可靠性。

图7. 应用头发标志物探究孕妇金属锗（Ge）暴露与胎儿神经管畸形的关联研究

此外，生育健康研究所研究团队还利用头发暴露生物标志物开展了一系列流行病学研究工作，探究头发标志物与多种孕期并发症（如妊高症、妊娠期糖尿病等）以及不良妊娠结局（例如，自发性早产，低出生体重等）的关联，相关研究成果也发表在国际权威期刊。

全文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0160412021003950

全文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0160412021005900

总结与展望：

头发暴露生物标志物在人体健康风险评估领域具有较大潜力。头发收集过程的非侵入性特点对于大型前瞻性流行病学项目开展具有独特优势，尤其可利用头发确定敏感暴露时间窗口，对于确定重要防控时机极为重要。未来，仍需要完善基于头发暴露组的标准化分析框架，聚焦于继续开发头发暴露生物标志物，不断解决技术难题，为其用于生育健康风险评价提供有力支撑。

团队主要成员简介

王斌，北京大学公共卫生学院生育健康研究所，长聘副教授/研究员。主要研究方向为环境健康，暴露组学大数据与人工智能。采用多学科研究方法揭示环境污染暴露对人群生育健康的影响及机制，构建健康风险评价模型。迄今主持国家自然科学面上和青年基金3项，骨干参与国家重点研发项目3项。以第一或通讯作者在Environ Health Persp、Environ Sci Tech、The Innovation等国际权威期刊发表论文共55篇(H指数=42，他引6500余次)。担任环境健康领域TOP期刊Environ Sci Tech主题编辑，参与多个国内外知名期刊的编委工作（The Innovation、Environ Int、Environment & Health、Eco-Environmental Health、China CDC Weekly和“环境卫生学杂志”）。开设本科生教改课程“暴露组学”，研究生教改课程“环境暴露组学”，全球健康国际高端公共卫生硕士课程“Environment & Health”。担任中国队列共享平台“环境与人群健康”组长，环境诱变剂学会环境与生育健康专委会副秘书长。获得北京预防医学会科技二等奖和“全国科技系统抗击新冠疫情优秀个人”称号。【300字以内】

李智文，北京大学公共卫生学院生育健康研究所，教授/研究员。国家卫健委生育健康重点实验室副主任；中国优生科学协会-环境与生育健康分会主任委员，中国环境诱变剂学会-环境与生育健康专委会副主任委员；《International Journal of Environmental Research and Public Health》、《中国生育健康杂志》编委。研究领域主要集中在“环境对出生缺陷、早产等不良妊娠结局影响的流行病学研究”；承担多项国家级、省部级以及国际合作项目；以第一或通讯作者发表专业论文90余篇；获国家发明专利1项，实用新型专利2项。开设研究生课程“生殖与围产流行病学”及本科生课程“出生缺陷及其预防”，参与讲授研究生课程“医学大数据的信息化管理及挖掘利用”及本科生课程“孤独症谱系障碍”。

张乐，北京大学公共卫生学院生育健康研究所，助理研究员。主要研究方向为生育健康流行病学。迄今参与国家自然科学和面上基金共3项，骨干参与国家重点研发应急项目1项，参与国家科学技术部支撑计划1项，主持横向课题2项。《中国生育健康杂志》编辑部主任，中国优生科学协会环境与生育健康专委会常务委员，中国环境诱变剂学会环境与出生缺陷专委会和海峡两岸医药卫生交流协会遗传与生殖专委会委员。

任梦圆，北京大学公共卫生学院生育健康研究所并取得医学硕士学位。现就读于北京大学公共卫生学院生育健康研究所。主要研究方向：人体混合环境污染暴露的生殖健康风险评价，擅长基于组学数据构建生殖健康风险评价及预测模型。迄今以第一作者身份在The Innovation (IF = 32.1)、Environment International (IF = 11.8)、Science of the Total Environment (IF = 9.8), Hygiene and Environmental Health Advances期刊发表论文6篇。以项目参与成员身份参加国家自然科学基金面上项目、国家科技部重点研发计划、国家科技部政府间国际科技创新合作项目共5项。ExposomeX平台（http://www.exposomex.cn/）开发核心骨干成员。

北京大学公共卫生学院生育健康研究所并取得医学硕士学位，现就读于北京大学公共卫生学院生育健康研究所。

供稿 | 王斌教授团队(北京大学)

校核 | 王斌