破解食管癌地域性高发之谜！中国科学家绘制化学暴露组全景图，为早期筛查开辟新路径

       在中国太行山沿线等地区，食管癌的发病率长期居高不下，远超全国平均水平，且5年生存率不足20%，成为威胁当地居民健康的”沉默杀手”。一直以来，这种显著的地域性差异难以用基因变异解释——毕竟不同地区患者的基因突变模式高度相似。那么，到底是什么在背后推动食管癌的区域高发？

        2025年9月，发表在国际权威期刊Environmental Science & Technology的研究给出了关键答案。来自中国科学院、香港大学、北京大学肿瘤医院等机构的科研团队，系统性绘制了食管鳞状细胞癌（ESCC）的化学暴露组全景图，通过分析12个省份238名参与者的血浆和组织样本，揭开了环境化学物质与食管癌发生、地域分布的深层关联。

文章题目：Profiling the Chemical Exposomic Landscape of Esophageal Squamous Cell Carcinoma

期刊名称：Environmental Science & Technology 

影响因子：11.3

发表时间：2025年9月

发表单位：中国科学院、香港大学等

研究方法：暴露组等

NO.1 为什么要研究 “暴露组”？——环境化学物是地域差异的关键

        我们的身体每天都在接触各种化学物质：空气里的污染物、食物中的添加剂、水中的微量元素，还有身体自身代谢产生的内源性化合物。这些所有暴露的化学物质总和，就是”化学暴露组”。食管癌的发生离不开基因和环境的共同作用，但以往研究发现：即使是发病率相差巨大的地区，患者的基因突变特征也很相似。这意味着，非遗传的化学暴露因素，可能才是解释食管癌地域性高发的核心密码。不同于以往只关注单一化学物质的研究，这次科学家采用了”知识驱动+数据驱动” 的双重策略，整合了无机元素（如金属）、内源性化合物（如代谢产物）和外源性化合物（如污染物、食品成分），全面捕捉与食管癌相关的化学信号。

NO.2 研究是怎么做的？——解析血浆+组织的”化学指纹”

          研究团队在全国12个省份（涵盖食管癌高风险区如太行山周边、低风险区）招募了238名参与者，包括健康人、食管炎患者和食管癌患者，收集了他们的血浆样本（168份）和食管组织样本（46份）。

通过两种高精度检测技术：

1.电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）：检测23种无机元素（包括铁、硒、铅、镉等）；

2. 超高效液相色谱-高分辨质谱（UPLC-HRMS）：筛查有机化合物；再结合机器学习等统计方法，最终识别出血浆中327种、组织中595种化学特征，其中128种是两者共有的 “核心化学指纹”。

NO.3 层层递进的核心发现——揭开化学物与食管癌的关联

1. 体内化学特征有清晰 “图谱”，血浆与组织共享关键信号

        研究明确了调查范围：以食管癌发病率56/10万和21/10万为界，划分高风险区和低风险区，所有参与者都在对应区域居住了20年以上。通过分析，科学家在血浆中识别出315种化学特征，在食管组织中识别出440种，这些化学物质都可归为四类——必需金属、非必需金属、内源性有机化合物（身体自身代谢产生）和外源性有机化合物（来自环境、食物等外部来源）。值得注意的是，血浆和组织中存在128种共同的化学特征，这说明两者可能共享部分环境暴露路径和生物信号传导机制。而且这些化学物质并非孤立存在，而是形成了复杂的相互作用网络，既有正向关联也有反向关联，共同影响着身体状态。

图1 研究示意图概述

2. 化学物质是生活习惯与健康的 “中间桥梁”

        进一步分析发现，化学物质在生活习惯和健康状态之间扮演着关键的”中介角色”。在排除地理、年龄、性别等因素干扰后，研究发现外源性有机物、非必需金属、必需金属这三类化学物质，参与生活习惯与健康指标关联的比例，都高于身体自身产生的内源性化合物，说明来自外部环境的化学物和金属元素，在食管癌相关的暴露过程中更活跃。以饮酒习惯为例，两种不同来源的化学物发挥了相反作用：植物源性的土木香酮A水平升高，会介导饮酒导致的中性粒细胞百分比和球蛋白水平上升；而天然食材中常见的1,2,3-三羟基苯（强抗氧化剂）水平降低，则会介导饮酒导致的单核细胞百分比下降。这两种化学物通过不同机制，传递了生活习惯对免疫状态的影响。

图2 化学暴露组全关联性及化学暴露组在ESCC中的中介作用

3. 地理环境是塑造体内化学特征的 “头号推手”

        研究最关键的发现之一，是明确了地理居住地对体内化学暴露特征的影响最大。量化分析显示，地理因素对化学暴露组的贡献占比约28.8%，是第二大影响因素（腌制食品摄入频率）的4倍以上。更特别的是，地理因素是唯一对四类化学物质都有显著影响的因素，其他因素仅能影响部分类别。而且高风险区患者体内的化学暴露特征差异，显著大于低风险区患者。这意味着高风险区的化学环境更复杂，即便在地理范围较窄的区域内，化学物质组成也会出现剧烈波动，暗示当地的空气、水、土壤等环境中，可能存在特定的有害化学物组合。

图3 影响ESCC化学暴露组的多种因素效应

4. 机器学习锁定5种核心化学标志物

        为了找到驱动食管癌地域差异的关键化学物，科学家运用了6种机器学习模型，对收集的数据进行深度挖掘。结果显示，仅依靠化学暴露相关数据，模型区分高、低风险区的准确率、AUC等指标就都超过0.9，性能优于单纯依靠人口统计学和生活习惯的数据，甚至能媲美整合所有数据的模型，足以证明化学暴露特征对地域风险的指示作用极强。通过进一步分析，研究锁定了5种核心化学标志物，它们的累积重要性占比超过50%：铁和硒的低水平，与高风险区显著相关；而苯乙烯（常见工业污染物）、1-甲基丙基3-（甲硫基）-2-丙烯基二硫化物（植物来源）、血栓素B3（生物活性信号分子）的高水平，则会增加关联高风险区的概率。

图4 通过多种可解释机器学习驱动模型识别的与空间分层EC风险相关的化学特征

5. 疾病进展过程中，化学特征会发生规律性变化

        从健康状态到癌症发生，体内的化学暴露特征会经历一系列可追踪的变化，这为早期筛查提供了重要线索。研究发现，近半数化学物在健康人到癌前病变（食管炎）阶段，就会发生剧烈波动，说明化学暴露特征的改变可能早于疾病的明显进展。具体来看，部分化学物（如壬二酸、铜、苯乙烯）会随疾病进展持续上升，而另一些（如钙、铁、邻苯二甲酸二丁酯）则呈逐步下降趋势。此外，外源性有机化合物在健康人和癌前病变阶段的差异尤为显著，钛和锶这两种来自外部环境的元素，会随肿瘤发生显著升高。基于这些差异化学物构建的检测面板，在区分健康人与癌前病变、健康人与食管癌、癌前病变与食管癌时，都表现出优异的诊断性能，为开发非侵入性筛查工具提供了明确靶点。

图5 化学暴露组的演变及其潜在风险评估能力

研究意义及总结

        从基础科研到防癌实践的跨越破解地域高发之谜：证实地理环境通过塑造化学暴露组，主导食管癌的区域分布，为高风险区的环境治理提供了科学依据；开辟新的研究框架：整合无机+有机、内源性+外源性化学物的研究模式，为其他癌症（如胃癌、肺癌）的暴露组研究提供了”蓝图”；推动早期诊断：发现的化学标志物面板，有望替代痛苦的内镜检查，成为低成本、非侵入性的筛查手段；指导精准防控：针对苯乙烯、PFOS等关键污染物的环境监测，以及铁、硒等微量元素的补充，可能成为高风险区防癌的有效措施。这意味着：关注身边的环境质量、保持均衡饮食，可能是降低食管癌风险的关键。而未来，随着技术的成熟，简单的抽血检测就可能实现食管癌的早期预警，让”早发现、早治疗“成为常态。