大咖面對面丨細胞代謝組新法助力新污染物風險篩查

　　去年5月，國務院辦公廳印發了《新污染物治理行動方案》，標志著我國新污染物治理步入“快車道”。新污染物通常具有生物毒性、環境持久性和生物累積性等特點，它們在環境中主要以痕量/超痕量形式存在。因此，如何選擇高靈敏度和高選擇性的檢測技術，識別新污染物的毒性效應，評估潛在環境風險，從而更好地服務政府決策和企業生產成為一個重要課題。近日，分析測試百科網采訪了華東理工大學資源與環境工程學院鎮華君副教授，他分享了團隊開展的新污染物環境風險篩查和評估的研究工作，并評述了科學儀器在其中發揮的作用。

華東理工大學資源與環境工程學院 鎮華君副教授

　　新污染物監測的挑戰

　　從留學美國到加入華東理工大學資源與環境工程學院，鎮華君持續致力于新污染物的生態效應和健康風險研究。他表示：美國的國家環境保護署是其主要化學品管理機構，負責審查在美國境內流通的化學品對健康、安全和環境的影響，并預防未知風險。

　　我國是化學品生產和使用大國，工業生產活動是新污染物的一個重要來源。新污染物在環境中大多以痕量/超痕量水平存在，對于分析儀器的性能要求較高，通常需要高靈敏、高選擇性的色譜-質譜聯用儀甚至高分辨質譜儀。目前，大部分的新污染物仍缺乏常規監測，甚至缺少相應的監測方法標準；人們對工業生產過程產生新污染物的來源、排放途徑以及在環境介質中的傳播規律及毒性效應的研究都尚不充分，這為我國新污染物治理帶來了諸多挑戰。

　　細胞代謝組技術助力新污染物篩查

　　近期，鎮華君在Environmental Science & Technology上發表論文，將基于細胞代謝組學的實驗方法應用于環境水質安全評估。目前，大多數環境污染物的毒性數據仍有限，僅靠化學監測方法無法有效評估污染物復合暴露產生的環境風險；而傳統環境監測采用的生物監測方法，主要關注致死率等傳統毒理學指標或其他單一的生物學評價終點，缺乏面向環境復合污染水體的綜合毒性評估技術。為此，課題組發展了聯合細胞體外暴露實驗和脂質組學分析的研究方法，來評估污染物復合暴露對斑馬魚肝細胞的影響,并應用于全美地表水的環境風險篩查和評估。

聯合斑馬魚肝細胞體外暴露實驗和脂質組學技術評估地表水水質安全

Environmental Science & Technology 55 (2021)

　　鎮華君談到該研究遇到的三個關鍵問題：首先，如何采集到更豐富、更穩定的小分子代謝物的質譜信號？課題組通過優化樣品的前處理過程、儀器條件和參數，解決了該問題。其次，如何處理采集到的大量質譜數據？課題組開發了基于R語言的高分辨質譜代謝組數據處理程序包。通過該程序包，可有效去除背景以及儀器波動所產生的信號干擾，從而保留有效的質譜信號信息。第三，如何從發生變化的小分子代謝物的質譜信號中，挖掘隱藏其后的生物學信息，進而揭示環境污染暴露特征。在分析脂質組學的相關數據時，課題組通過充分的文獻調研和數據發掘鑒定出一些和特定亞細胞器相關的脂類生物標志物。通過測定細胞中上述生物標志物的豐度變化，揭示了污染物復合暴露對細胞線粒體、溶酶體、內質網、過氧化物酶體等亞細胞器產生的不良影響。

　　結緣賽默飛 助推新污染物篩查研究

　　談到和賽默飛分析儀器的結緣，得從在美國環保署國家暴露研究實驗室開展博士后研究工作時說起。那時候，鎮華君所在實驗室有兩臺賽默飛質譜，一臺是早期型號的Orbitrap靜電場軌道阱高分辨質譜儀，另外一臺是TSQ三重四極桿氣質聯用儀。“當時，我的工作是使用這兩臺儀器分析樣品，并負責儀器的日常維護。我對賽默飛產品最深刻的認識就是功能先進，尤其是Orbitrap質譜儀的分辨率在當時的行業處于領先地位。”鎮華君說道。

　　賽默飛儀器給鎮華君的另一個印象是穩定，俗話說就是“皮實耐用”。“有一個細節，當時我們實驗室源源不斷地接收到從美國各地運送來的一些環境樣品以及生物樣本。為了按時完成這些樣品的分析，很多時候儀器需要長時間高負荷運行。”鎮華君說道，“在大多數情況下，兩臺賽默飛質譜儀都能較好地完成任務；在偶爾的一些時間段，當儀器需要檢修或維護保養的時候，賽默飛工程師都能夠第一時間趕到，對儀器進行功能檢測和故障排查，確保能盡快恢復正常運行。”有了這兩臺儀器的關鍵助力，鎮華君博士后期間的研究工作得以順利開展。

賽默飛Orbitrap Exploris 240 質譜儀

　　回國之后，在學校和學院的支持下，鎮華君所在的國家環境保護化工過程環境風險評價與控制重點實驗室、上海市環境保護化學污染物環境標準與風險管理重點實驗室添置了賽默飛Orbitrap Exploris 240 質譜儀，繼續圍繞新污染物的環境過程、效應及風險開展研究。“我衷心期待與賽默飛加強合作，深入開展新污染物的篩查和風險評估研究，并共建更多新方法、新應用。”

　　參考文獻

　　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