暴露体 Exposome

外在世界与内在生物反应

每一天,我们都通过呼吸的空气、感受到的气味、摄取的食物,以及与皮肤接触的各种物质,持续接收来自周围环境的信号。

人体内的基因表现、代谢活动、激素调节,以及神经与免疫系统,持续对这些外在信号作出反应。随着时间累积,外在暴露与内在生物反应的交互作用,逐步影响皮肤、情绪及整体身心状态。

这正是 A&S 关注暴露体科学的原因:
我们希望解明日常暴露如何转化为生物反应,并探索如何通过科学与应用设计,降低不利影响、支持长期健康。

以人体侧面为中心,链接环境因素、生活方式因素与内在生物机制的暴露体图解

暴露体科学

整合外在因素、内在因素与暴露动态,理解人类健康的形成

阳光下的城市,包含交通、工业排放与绿地

外在暴露体

环境暴露

一名女子携带水瓶在山中健行

内在暴露体

生活方式与个人因素

一名男子从白天到傍晚的四个时刻

暴露动态

暴露随时间的变化

个人暴露体

每个人在不同时间与空间中,所形成的独特暴露样貌

外在(环境)
内在(个体)
暴露动态(时间)
个人暴露体

暴露体生物影响指数 EBII

建立可量化的暴露体生物影响参考依据

A&S 致力于解明外在暴露与内在生理因素如何相互作用,进而影响人类健康与生理功能。环境、生活方式、生物反应与健康状态之间存在复杂且持续变动的关系。我们通过研究方法及科学导向的解决方案,探索其中的作用通路与调节机制。

为建立系统性的评估方法,A&S 正开发暴露体生物影响指数(Exposome Biological Impact Index,EBII)。此指数以科学模型与演算法整合暴露负荷、个体易感性、生物韧性及时间等因素,尝试建立可量化的研究参考指标,用以探索暴露体随时间可能产生的相对生物影响。

暴露负荷

  • 环境
  • 生活方式
  • 化学
  • 物理
  • 生物
  • 社会及感官因素
车流与城市天际线

生物易感性

  • 遗传
  • 表观遗传
  • 年龄
  • 生物因素
  • 基础健康
  • 共病
DNA 螺旋结构,旁边是年长者的脸庞

生物韧性

  • 解毒
  • 免疫防御
  • 修复能力
  • 代谢弹性
  • 恢复能力
  • 抗氧化防御
免疫细胞与线粒体示意图

时间

  • 持续时间
  • 频率
  • 时机
  • 累积负荷
  • 生命历程阶段
处于不同人生阶段的人们

EBII

可量化的
参考指标

外在暴露体

外在暴露体

环境暴露

来自个体外部的各类非遗传性暴露。

一名女子走在城市中,周围是交通与工业排放
阳光照耀的城市街道上的车流

物理环境

空气、紫外线、噪音、气候

环境工作者在工业区附近检查水样

化学环境

污染物、金属、农药

开花树木的柔荑花序释放花粉

生物环境

病原体、过敏原、微生物群

人们在繁忙的都市街道上通勤

建成环境与社会环境

都市生活、工作、室内环境

一只戴手套的手在水边拿着一皿微塑料颗粒

其他暴露

微塑胶、水、食品污染物

内在暴露体

内在暴露体

生活方式与个人因素

个体内部的内源性因素,以及可调整的因素。

佩戴传感器的女子在健康监测屏幕旁向临床医疗人员咨询
日常生活情境:准备食物、跑步、睡眠、社交、服药与承受压力

生活方式与行为因素

饮食与营养、身体活动、睡眠、心理压力、
吸烟、饮酒、药物使用、社交互动

内在生物状态与生理过程

先天因素、遗传与表观遗传、免疫功能、发炎、
氧化压力、代谢、内分泌状态、肠道微生物群、神经内分泌功能

生物研究情境:血液样本、显微观察、三代女性、实验室培养物与分析检测
暴露动态

暴露
动态

暴露体科学的
第三个维度

A&S 原创架构

暴露的时间特性一直是相关研究的重要议题。A&S 创办人颜郁文 博士进一步在本研究架构中,将「暴露动态」明确界定为独立的第三个核心维度,与外在暴露体及内在暴露体并列,以凸显时间因素在生物影响评估中的重要性。

此架构旨在描述并量化暴露的强度、持续时间、发生频率、关键时机、混合暴露的交互作用,以及生命历程中的累积效应。

同一名女子在城市中,经历清晨、白天、傍晚与夜间
从每一次暴露出发,理解其在整个生命历程中的累积生物影响。

暴露动态

暴露随时间变化的六个方面

女子置身城市街道,周遭交通与空气污染逐渐增加

强度

接触多少

剂量与浓度

建筑工人在同一工地,从清晨、白天工作至夜间

持续时间

持续多久

暴露时间长度

女子在反复的日常活动中通勤、使用手机,并以笔记本电脑工作

频率

多常发生

单位时间内的发生次数

同一片城市天际线在黎明、白天、黄昏与夜间的景象

时机

何时发生

一天中的时段、星期、季节、生命阶段

女子身处烟雾弥漫的社交场合,手边有饮品,邻近街道可见车辆排放

混合暴露

同时接触什么

共同暴露及其关联

一名女子一生中三个年龄阶段的样貌

累积暴露

一生累积多少

按时间加权的累积剂量

个人暴露体

个人暴露体与人类健康

健康影响可能随时间逐步形成,而健康状态的改变,也可能反过来影响后续暴露与生物反应。

  1. 女子身处车流中,周围呈现睡眠不佳、速食、压力与工业污染的情境

    个人暴露体

    累积的外在暴露、内在因素与时间动态

  2. 皮肤受刺激的女子,旁边是生物反应的实验室检测

    生物反应

    发炎、氧化压力,以及神经内分泌与代谢变化

  3. 同一名女子沿着改变的老化轨迹,呈现三个年龄阶段的样貌

    老化轨迹改变

    韧性下降、修复受损、生理稳态失衡、功能衰退

  4. 一名年长女子在医院接受医师与护理师照护

    健康结果

    逐步影响身体、心理与长期身心健康

暴露累积生物反应老化轨迹转变健康状态改变

从个人暴露体到生物影响

从上游到下游,跨越不同生物层面的连锁反应

  1. 个人暴露体

    女子置身都市环境,面临交通、睡眠中断与生活方式相关暴露

    外在暴露、内在因素、暴露动态

    物理、化学、生物、社会及生活方式

  2. 暴露途径与吸收

    通过呼吸、饮水及皮肤接触表面而产生的暴露

    吸入、摄入,以及皮肤与黏膜吸收

    决定生物有效剂量

  3. 核心生物机制

    显微组织、分子过程、实验室样本与细胞分析

    氧化压力、发炎

    内分泌与免疫及代谢失调

    DNA 损伤、表观遗传变化

  4. 多层面生物影响

    细胞与组织影像,旁边是评估器官系统影像的研究人员

    细胞压力与损伤

    组织功能异常、器官系统影响

    老化轨迹改变

  5. 潜在不利健康结果

    年长女子躺在医院病床上接受医疗照护

    急性影响、慢性健康问题

    发育与生殖影响

    身心健康下降

    健康长寿受损

生物影响不仅取决于暴露负荷,也受到个体易感性与适应能力的共同影响。

暴露体生物影响指数 EBII

EBII 概念模型

通过四个相互作用的维度,建立生物影响的概念性估算架构。

遍布城市的车流与工业排放

暴露负荷

物理、化学、生物
社会、生活方式、感官

暴露越高 E 越高

都市环境中,一名年长女子正在咳嗽,旁边是一名年轻女子

生物易感性

遗传、表观遗传、年龄
基础健康、既有疾病

易感性越高 S 越高

免疫细胞与病原体交互作用

生物韧性

修复能力、免疫防御、解毒
代谢弹性、恢复能力

保护能力

韧性越高 R 越高

同一名女子随时间经历不断变化的暴露条件

时间

持续时间、频率、时机
累积负荷、生命历程阶段

暴露时间越长 T 越高

概念性运算模型

EBII=E×S×TR+ε
E
暴露负荷
S
生物易感性
R
生物韧性
T
时间

ε 为确保数值稳定性而加入的小常数。

此公式仅为初步概念性近似模型;实际生物关系可能涉及非线性变化、时间动态与多重反馈机制。

从 EBII 理解不同层级的生物影响

从 EBII 理解不同层面的生物影响

疲惫的男子在临床环境中接受健康评估

较高估算 EBII

较大的估算生物影响

  • 较高暴露负荷
  • 较高易感性
  • 较长暴露时间
  • 较低生物韧性
对比
男子在湖泊与群山旁户外健行

较低估算 EBII

较小的估算生物影响

  • 较低暴露负荷
  • 较低易感性
  • 较短暴露时间
  • 较高生物韧性

不同层级的生物影响

  1. 分子层面

    分子交互作用的显微示意图

    DNA 损伤、氧化压力、表观遗传变化

  2. 细胞层面

    放大观察的细胞

    发炎、细胞衰老、信号传递受损

  3. 组织与器官层面

    组织显微影像,旁边是检视器官扫描影像的临床医疗人员

    组织功能异常、多系统影响

  4. 全身层面

    男子与临床医疗人员讨论自身身心健康

    韧性、恢复与适应能力下降

  5. 潜在结果

    年长男子与医疗专业人员交谈

    健康寿命、身心健康与舒适感、功能与生活品质的变化