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识别常见化学混合物的新方法

July 10, 2018 论文选读 Comments Off on 识别常见化学混合物的新方法

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现代工业及制造业需要用到84000多种化学物质,其中许多几乎没有毒理学研究数据。研究人员正在努力实施ToxCast™及Tox21等项目,为尽可能多的这类化合物建立安全数据文件。毒理学的主要研究模式仍然注重于单个物质暴露,然而化学物质暴露很少单独发生,且很难评估化学混合物如何影响健康。在《环境与健康展望》(EHP)的一份新报告中,研究人员描述了一种名为“频繁项集挖掘”(frequent itemset mining, FIM)的新算法,用以确定人们最常暴露于哪些混合物。

个人护理产品

尽管全国健康与营养调查数据在某些方面存在局限性,科学家仍然可以利用这些数据确定一些经常混合暴露的化学物质集。这一点很重要,因为人们通常暴露于多种化学混合物而非单一化学物质,例如我们每天使用的多种个人护理产品。Image: © Susan M. Booker.

我们知道的现实生活中发生的事情与研究人员在实验室研究的内容之间存在着“相当大的数据差距”,该文章第一作者、美国环保署国家环境评估中心(National Center for Environmental Assessment)应用数学家Dustin Kapraun说道。Kapraun指出,20种化学物质即可产生超过100万种不同组合方式。然而这些化学物质并不是随机混合,有些混合方式发生的可能性很高,有些则低得多,缩小研究差距的关键是知道哪些混合方式最常发生。

为了缩小可能性范围,Kapraun与同事使用“频繁项集挖掘”算法分析了2009~2010年的全国健康与营养调查(National Health and Nutrition Examination Survey)数据。这种算法最初是由市场营销研究人员开发出来,用来确定哪些产品经常被一起购买,以帮助卖家根据顾客的典型购物习惯决定如何在商店货架或目录中展示产品。

Kapraun与同事使用了该算法计算全国健康与营养调查血液及尿液样本中人体经常暴露于哪些化学物组合。这些样品中检测到的每一种化学物质即相当于频繁项集挖掘术语中的一个“项”,同一个样本中这些化学物质的每一种组合可能即相当于一个“项集”。

研究人员利用该算法在至少30%调查对象中确定了90种化学组合。最常见的化学组合包括金属组合(如铅、镉、铊及铯)、3种与食用大豆有关的植物雌激素(染料木黄酮、黄豆苷原及其代谢物去氧甲基安哥拉紫檀素)、多环芳烃代谢物、对羟基苯甲酸酯和咖啡因等。他们还确定了至少包括20种化学物质的一些超级组合。这些超级组合虽然较为罕见,但由于包含化合物质数量众多而令人担忧。

Kapraun指出,全国健康与营养调查数据本身限制了该研究定义项目集的能力。这项调查并未检测人体可能暴露的所有化学物质;个体在采样时其血液及尿液中化学物质及代谢物水平无法反映以前的暴露情况;还有该调查并未检测所有参与者的所有化学物质,没有为6岁以下儿童采集尿样,也没有为12岁以下儿童采集血样;该调查也没有为特定暴露与不良健康后果之间建立联系,而该信息有助于毒理学家确认哪些化学物质组合需要进行深入研究。

研究全球环境健康问题的非营利机构“健康与环境科学学会”(Health and Environmental Science Institute)环境健康科学家Michelle Embry认为,尽管这项研究存在上述缺点,但仍为未来研究工作打下了良好的基础。“化学物质组合的可能性确实是一个令人费解的问题,”她说道,“现在我们有机会对未来需求进行优先排序,并开始理解混合物暴露风险评估可能与单个物质暴露评估有所不同。”Embry没有参与该研究。

阿贡国家实验室(Argonne National Laboratory)环境健康科学家Margaret MacDonell(未参与该研究)指出,为了真正理解化学物质组合的健康影响,研究人员还需要考虑化学物质暴露量以及暴露顺序。科学家们也可以将这些结果与毒物作用机制、微生物种群及饮食研究的数据结合分析。“技术的进步为我们研究化学混合物创造了完美时机,”MacDonell说道。

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Carrie Arnold是来自弗吉尼亚州的自由撰稿人。她的文章发表在《科学美国人》(Scientific American)、《发现》(Discover)、《新科学家》(New Scientist)、《史密森尼》(Smithsonian)等。

译自EHP 125 (12): 124002 (2017)
翻译:周 江

*本文参考文献请浏览英文原文
原文链接
https://doi.org/10.1289/EHP2325