《Environmental Science & Technology》：Evaluating 1,4-Dioxane Exposure in Long Island, New York: Integrating Environmental, Biological, and Metabolomic Measures
编辑推荐：
本研究综合运用环境采样、生物监测和代谢组学方法，评估了纽约长岛居民对潜在致癌物1,4-二噁烷（1,4-DX）的暴露水平及其决定因素。研究发现，1,4-DX在水样和血样中均有一定检出率，但两者浓度不相关，提示存在饮水之外的暴露来源。老旧房屋和未安装全屋净水系统是水样中检出1,4-DX的风险因素。代谢组学分析初步揭示了暴露可能与氧化还原和能量代谢的微小改变有关。该研究为理解这一新兴污染物的多重暴露途径和早期生物效应提供了新证据。
研究背景与目标
1,4-二噁烷（1,4-DX）是一种合成工业化学品，广泛用作氯化溶剂的稳定剂，同时也是多种商品（如油漆、染料、洗发水、化妆品）生产过程中无意产生的副产物。它被美国环境保护署（EPA）列为可能致癌物，国际癌症研究机构（IARC）也将其归类为2B类（可能对人类致癌）。饮用水被认为是主要的暴露途径，但个人护理产品等消费品也可能是潜在来源。由于1,4-DX具有高水溶性和环境持久性，且缺乏联邦强制性饮用水标准，对其人体暴露和健康影响的认识仍然有限。纽约长岛地区历史上饮用水中的1,4-DX浓度较高。本研究旨在通过综合运用环境测量、生物监测和代谢组学方法，更好地理解这个新兴化学品在受影响社区的暴露情况，具体目标包括：比较饮用水和血液中1,4-DX的浓度及其共存污染物；评估人口学、用水相关和消费品相关的暴露决定因素；以及比较与1,4-DX暴露状态相关的代谢组学特征。
研究方法
本研究是耶鲁大学超级基金研究中心“长岛水与健康研究”的一部分。在2023年10月（第一波）和2024年7月（第二波），研究团队在纽约长岛的拿骚县和苏福克县对92名居民进行了入户研究访问。参与者需为在该地区居住至少一年的成年家庭决策者。研究通过算法结合供水系统的历史污染数据、与超级基金场地的距离以及使用私人水井的比例来优先选择参与者，第二波则重点针对报告1,4-DX浓度超过纽约州最大污染物水平（MCL，1 μg/L）的供水区域进行招募。研究内容包括结构化访谈、人体测量、厨房水龙头自来水采样和非空腹血液样本采集。水样和血样均采用顶空固相微萃取结合气相色谱-高分辨质谱法（GC-HRMS）分析1,4-DX及其共存污染物。血浆样本则进行非靶向代谢组学分析，采用亲水相互作用色谱（HILIC）和反相液相色谱（RPLC）结合高分辨质谱的方法。统计分析包括描述性统计、逻辑回归模型评估暴露决定因素，以及使用偏最小二乘判别分析（PLS-DA）和Wilcoxon秩和检验来识别与暴露状态相关的代谢物。
研究结果
人群特征：92名参与者中，大多数为女性、白人、非西班牙裔，中位年龄61岁，教育程度和家庭收入较高。大部分居住在1960年以前建造的房屋中，并由市政自来水系统供水。
水样特征与决定因素：32%的参与者家中自来水检出1,4-DX，且全部集中在拿骚县。检出水样的中位浓度为1.57 μg/L，24%的水样超过了纽约州的MCL。建于1960年以前的房屋，其水样中1,4-DX的检出率显著高于新建房屋。没有安装全屋水处理系统的家庭，水样检出率更高。逻辑回归分析显示，房屋年代久远（建于1960年前）和距离超级基金场地边界≤2公里与水中1,4-DX的检出几率增加相关。
血样特征与决定因素：24%的参与者血液中检出1,4-DX，同样全部来自拿骚县。检出样本的中位浓度为0.43 μg/L。女性、西班牙裔/拉丁裔参与者的血液检出率有更高的趋势。主要饮用自来水（无论是直接饮用还是经过滤水壶过滤）的参与者，其血液检出率高于主要饮用瓶装水的参与者。在家饮用自来水频率越高（>6次/天），血液检出率也越高。然而，逻辑回归未发现任何人口学特征、用水行为或个人护理用品使用指数与血液中1,4-DX的检出存在统计学显著关联。
水样与血样中1,4-DX的比较：水样和血样中的1,4-DX浓度没有相关性。仅8%的个体在两个样本基质中均检出1,4-DX，而52%在两个基质中均未检出，其余40%的结果不一致。这表明自来水浓度并不能预测体内的暴露水平。
与1,4-DX暴露相关的代谢组学特征：以水样中是否检出1,4-DX作为暴露指标进行代谢组学分析，PLS-DA模型显示暴露组与非暴露组的代谢特征存在视觉上的分离，但置换检验表明模型差异不显著。Wilcoxon检验发现了一个在错误发现率（FDR）校正后仍显着差异的代谢物——4-乙基愈创木酚（在暴露组中高出约30%）。在未校正的显著性水平下，还发现了一些可能具有生物学相关性的代谢物变化，包括与氧化应激相关的代谢物，如维生素C和辅酶Q2上调，而烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD）轻微下调。皮质酮的变化倍数最大（暴露组中高出约200%）。化学类别富集分析显示，有机酸和核苷酸相关化合物在暴露组中发生显著改变。当以血液中是否检出1,4-DX作为暴露指标时，未发现FDR校正后的显著代谢物差异。
讨论
本研究首次在普通人群的生物样本中检出了1,4-DX，并提供了首批家庭自来水中的1,4-DX实测数据，表明即使在纽约州实施MCL后，部分人群仍持续暴露于该污染物。水样与血样中1,4-DX浓度缺乏相关性，可能反映了两种样本类型捕获的暴露时间窗口不同（1,4-DX在人体内半衰期短），也暗示饮用水并非唯一的暴露来源，个人护理产品等消费品可能也是重要贡献者，但问卷调查难以准确捕捉，因为1,4-DX是未标明的副产物。房屋年代和临近超级基金场地是水样中检出1,4-DX的风险因素，可能分别与老旧供水基础设施和遗留的地下水污染有关。代谢组学分析提示，即使低水平的1,4-DX暴露也可能与氧化还原平衡和能量代谢的微小扰动有关，这与之前的动物实验发现一致。本研究也存在局限性，如样本量较小、人群代表性可能受限、横断面设计无法确定因果时序等。然而，通过整合多维度暴露评估方法，该研究为理解1,4-DX的复杂暴露途径和探索其早期生物效应提供了一个创新框架，强调了在受影响社区进行持续环境与生物监测、改进暴露评估方法以及深入研究其潜在健康影响的必要性。
