Access Agilent 电子期刊（2015 年 7 月）
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广泛的安捷伦解决方案充分利用
多组学来阐述暴露组
作者：Anthony Macherone 博士
安捷伦高级科学家
约翰霍普金斯大学医学院访问学者
环境暴露科学正从自下而上的单点式策略（测量单个暴露因子和单个影响指标）逐渐转向复杂的发现型方法。虽然分析一生中的多重暴露对人类健康的影响并不容易，但是结合使用安捷伦分析仪器和软件可提供强有力的工具以完成该项评估。
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图 1. 个体一生中外部及内部化学暴露的体内积累会提高患病的几率
暴露组包含一生中的所有暴露物
暴露组研究范例整合了非靶标技术以鉴定相关生物标志物，以及靶标方法以发现和区分暴露物及疾病的生物标志物，并鉴定暴露物、遗传学和健康状态之间的因果关系。暴露组反映了从胚胎开始的所有暴露物。
阐释清楚暴露组需要鉴定、表征及定量外源性的和内源性的暴露物，以及可预测个体在其一生中患病倾向的可变风险因子。暴露组完美补充了人类基因组概念；虽然解码人类基因组可提高我们对导致疾病的潜在遗传因素的认知，但是基因组分析只能解释疾病中的一部分原因。
同时考虑遗传和环境
环境和生活方式的因素在决定疾病易感性、发生和恶化中的影响与遗传因素同样重要或是更为重要。暴露组科学可提供一个概念框架有助于理解基因和环境之间的复杂相互作用网络，以及它们与疾病的因果关系。它可促进在整体角度分析遗传与环境对人类疾病的影响，其中包括 DNA 序列，表观 DNA 修饰，基因表达，代谢物分析，以及环境因素之间的复杂而动态的相互作用，这些均可影响疾病的表型。
为了采用暴露组范例分析导致或恶化人类疾病的复杂相互作用，我们必须在多个生物学维度中评估多种风险因子和变化因素之间的联系。该相互作用决定了人类对外界压力因素的易感性。
类似于全基因组关联研究 (GWAS) 对慢性疾病遗传因素研究的影响，暴露组范例促进了对其非遗传因素的研究。描述人类暴露组需要大量的先进技术，跨越环境和暴露科学和工程、生物化学、分子生物学、毒理学、生物信息学和流行病学领域。这些技术通过特定的工作流程组织起来为疾病的环境因素提供更多的信息。
安捷伦提供研究这些复杂相互作用的多组学平台
安捷伦分析暴露物生物学的方法基于一个多组学平台，其中包括：
- 全基因组和靶向转录组学，采用微阵列芯片分析和蛋白组学
- 通过应用代谢组学工作流程来分析和表征血液暴露物，该工作流程采用已建立的稳定样品前处理实验方案和最新型的仪器。后者包括超高性能液相色谱 (UHPLC)、质谱 (MS)、气相质谱和电感耦合等离子质谱
我们提出一个分层步骤，如下：
- 采用全暴露组相关研究 (EWAS) 进行无假说的数据引导式分析，可区分疾病和健康模型间的显著性化学特征
- 一旦鉴定了关键化学特征后，即通过靶向研究对这些生物标志物进行进一步的注释和验证
- 采用其它组学技术（包括转录组学和蛋白组学）提供的其它证据及表观遗传信息进行潜在生物标志物的确证
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图 2. 暴露组表征需要一种两阶段方法：第一，非假说引导的发现以获取尽可能多的化学特征，第二，进一步靶标研究以证实和注释潜在标志物
我们正在建立一个暴露生物学模型帮助整合相关数据集。Agilent GeneSpring 软件套装包括Agilent Mass Profiler Professional，它是我们使用的主要基础平台。该模型可提供：
- 阐释暴露-响应关系（生化流行病学）
- 鉴定暴露和人体动力学的来源（暴露生物学）
- 作用机制（系统生物学）
寻找确切的疾病原因而非简单的关联性
探寻疾病因果关系，而非健康压力因素和风险变化因素之间的简单关联性，需要深入了解与体内平衡扰乱相关的所有中间事件。鉴定扰动需要高通量的数据采集和分析，可由系统生物学模型和先进的生物信息学提供。通过这些工具，可将与不良健康结果相关的实际生物通路和代谢通路与可由内在防御机制有效抵抗的扰动区分开来。
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图 3. 用以表征和定量暴露组的两阶段分析方法可用来区分疾病诱发因素和疾病下游生物标志物
暴露组范例开启了环境健康科学和化学风险评估中的一个全新领域。同时它结合了高通量的分析工具、大数据分析，以及生物学相关建模，可用于理解复杂疾病的多诱因相关性。
质谱及其它技术，例如光谱及远程（“智能”）传感器可用于表征大型、前瞻性人群研究中的暴露组，并提供有关暴露-风险相关性的可靠信息。暴露组范例可促进应用研究转化至教育、行为和政策相关的风险减弱干预方法。
暴露组是一个复杂的研究领域，需要各类精良工具的辅助。为此，安捷伦提供大量的硬件，软件，和信息学解决方案进行多组学研究。安捷伦不止可提供一流的系统、软件和备件，还开发了一整套系统生物学解决方案，可轻松应用于暴露组研究，了解详情。
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