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大咖面对面丨细胞代谢组学新法助力新污染物筛查和风险评估

2023.12.04

　　去年5月，国务院办公厅印发了《新污染物治理行动方案》，标志着我国新污染物治理步入“快车道”。新污染物通常具有生物毒性、环境持久性和生物累积性等特点，它们在环境中主要以痕量/超痕量形式存在。因此，如何选择高灵敏度和高选择性的检测技术，识别新污染物的毒性效应，评估潜在环境风险，从而更好地服务政府决策和企业生产成为一个重要课题。近日，分析测试百科网采访了华东理工大学资源与环境工程学院镇华君副教授，他分享了团队开展的新污染物环境风险筛查和评估的研究工作，并评述了科学仪器在其中发挥的作用。

华东理工大学资源与环境工程学院镇华君副教授

　　新污染物监测的挑战

　　从留学美国到加入华东理工大学资源与环境工程学院，镇华君持续致力于新污染物的生态效应和健康风险研究。他表示：美国的国家环境保护署是其主要化学品管理机构，负责审查在美国境内流通的化学品对健康、安全和环境的影响，并预防未知风险。

　　我国是化学品生产和使用大国，工业生产活动是新污染物的一个重要来源。新污染物在环境中大多以痕量/超痕量水平存在，对于分析仪器的性能要求较高，通常需要高灵敏、高选择性的色谱-质谱联用仪甚至高分辨质谱仪。目前，大部分的新污染物仍缺乏常规监测，甚至缺少相应的监测方法标准；人们对工业生产过程产生新污染物的来源、排放途径以及在环境介质中的传播规律及毒性效应的研究都尚不充分，这为我国新污染物治理带来了诸多挑战。

　　细胞代谢组学技术助力新污染物筛查和风险评估

　　近期，镇华君在Environmental Science & Technology上发表论文，将基于细胞代谢组学的实验方法应用于环境水质安全评估。目前，大多数环境污染物的毒性数据仍有限，仅靠化学监测方法无法有效评估污染物复合暴露产生的环境风险；而传统环境监测采用的生物监测方法，主要关注致死率等传统毒理学指标或其他单一的生物学评价终点，缺乏面向环境复合污染水体的综合毒性评估技术。为此，课题组发展了联合细胞体外暴露实验和脂质组学分析的研究方法，来评估污染物复合暴露对斑马鱼肝细胞的影响,并应用于全美地表水的环境风险筛查和评估。

联合斑马鱼肝细胞体外暴露实验和脂质组学技术评估地表水水质安全

Environmental Science & Technology 55 (2021)

　　镇华君谈到该研究遇到的三个关键问题：首先，如何采集到更丰富、更稳定的小分子代谢物的质谱信号？课题组通过优化样品的前处理过程、仪器条件和参数，解决了该问题。其次，如何处理采集到的大量质谱数据？课题组开发了基于R语言的高分辨质谱代谢组数据处理程序包。通过该程序包，可有效去除背景以及仪器波动所产生的信号干扰，从而保留有效的质谱信号信息。第三，如何从发生变化的小分子代谢物的质谱信号中，挖掘隐藏其后的生物学信息，进而揭示环境污染暴露特征。在分析脂质组学的相关数据时，课题组通过充分的文献调研和数据发掘鉴定出一些和特定亚细胞器相关的脂类生物标志物。通过测定细胞中上述生物标志物的丰度变化，揭示了污染物复合暴露对细胞线粒体、溶酶体、内质网、过氧化物酶体等亚细胞器产生的不良影响。

　　结缘赛默飞助推新污染物筛查与风险评估研究

　　谈到和赛默飞分析仪器的结缘，得从在美国环保署国家暴露研究实验室开展博士后研究工作时说起。那时候，镇华君所在实验室有两台赛默飞质谱，一台是早期型号的Orbitrap静电场轨道阱高分辨质谱仪，另外一台是TSQ三重四极杆气质联用仪。“当时，我的工作是使用这两台仪器分析样品，并负责仪器的日常维护。我对赛默飞产品最深刻的认识就是功能先进，尤其是Orbitrap质谱仪的分辨率在当时的行业处于领先地位。”镇华君说道。

　　赛默飞仪器给镇华君的另一个印象是稳定，俗话说就是“皮实耐用”。“有一个细节，当时我们实验室源源不断地接收到从美国各地运送来的一些环境样品以及生物样本。为了按时完成这些样品的分析，很多时候仪器需要长时间高负荷运行。”镇华君说道，“在大多数情况下，两台赛默飞质谱仪都能较好地完成任务；在偶尔的一些时间段，当仪器需要检修或维护保养的时候，赛默飞工程师都能够第一时间赶到，对仪器进行功能检测和故障排查，确保能尽快恢复正常运行。”有了这两台仪器的关键助力，镇华君博士后期间的研究工作得以顺利开展。

赛默飞Orbitrap Exploris 240 质谱仪

　　回国之后，在学校和学院的支持下，镇华君所在的国家环境保护化工过程环境风险评价与控制重点实验室、上海市环境保护化学污染物环境标准与风险管理重点实验室添置了赛默飞Orbitrap Exploris 240 质谱仪，继续围绕新污染物的环境过程、效应及风险开展研究。“我衷心期待与赛默飞加强合作，深入开展新污染物的筛查和风险评估研究，并共建更多新方法、新应用。”

　　参考文献

　　1、Untargeted Lipidomics for Determining Cellular and Subcellular Responses in Zebrafish (Danio rerio) Liver Cells Following Exposure to Complex Mixtures in U.S. Streams. Environmental Science & Technology, Volume 55, Issue 12, 15 June 2021, Pages 7757-8458.

　　2、Multi-omic responses of fish exposed to complex chemical mixtures in the Shenandoah River watershed. Science of The Total Environment, Volume 902, 1 December 2023, 165975

exploris 240 240 新污染物镇华君

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