5.1 遙感技術
人體暴露存在顯著的空間性，3種傳統的地理信息技術(RS、GIS和GPS)為暴露評價提供了更為全面、及時、準確和客觀的信息. 過去的幾十年中，這些技術已廣泛地應用於各種環境暴露評價中. 同時近年來，各類便攜式環境監測儀器的研發更易於與其他技術結合，將地理信息技術與便攜式監測儀器結合可以得到及時的空間暴露數據，讓暴露評價更為精準. 個人手提電話及其網絡的發展為暴露組的研究帶來了巨大前景. 個人手提電話已成為人們現代生活的必需品，在全球，擁有配置移動、音頻、可視和定位系統的便攜式電話用戶已超過10億，手機用戶已超過52億，如果在手機內部配置相應的環境檢測系統(如大氣顆粒物和揮發性有機汙染物的監測裝置)及其軟件和網絡，每位用戶的暴露信息傳輸至終端形成巨大的環境暴露數據庫，將為研究人體暴露提供壹種可靠的數據(National Research Council of the National Academies，2012). Michael Jerrett認為個人遙感技術能全面逼真地評價我們面對的外暴露. 帶有遙感式空間參照技術和模型的裝置能持續、時效、真實地評價因地理位置、活動以及生活方式等因子造成個人暴露的差異. 例如壹個人的活動強度、類型及地理位置能反映空氣呼吸暴露、接觸與吞食毒害汙染物.
為了完全示蹤汙染物對人體健康影響的整個過程，研發低價、高靈敏、高選擇性的傳感器是關鍵，Tao教授利用音叉傳感器將化學信號轉化為機械信號，研發出壹種能在嚴酷環境中工作的個人暴露監測系統，通過該系統能定量和時效測量多種揮發性有機汙染物、酸類汙染物和濕度等. 此裝置中將監測系統模塊接入壹個智能手機中，感應器戴在手臂上，以此提供個人暴露的呼吸區數據，實時的暴露數據存儲在手機中，並將這些數據轉入研究者可以進入的計算機服務器中. Tao課題組利用這種裝置監測了2010年4月英國石油公司石油泄漏之後墨西哥灣烴類化合物，並繪制了該區域烴類化合物的空間分布，獲得的烴類化合物平均濃度與美國EPA監測站提供的數據相似，但他們發現了動態的時空變化，用烴類化合物濃度的位置信息為周圍工作生活的人們提供指導. 由於運動可以更改壹個人的暴露和對汙染物的響應，因此準確地測量體育運動對於研究暴露組極為重要，Stephen Intille等(Albinali et al., 2010)研發了Wocket系統，該系統可測量個人體育活動數據並將數據發送至個人手機. Wocket系統能持續測量個人體育運動強度、持續性和地理位置，這樣的測量能持續數月或數年. Jerret等開展了利用遙感系統調查個人暴露和運動的研究，研究者給誌願者們佩戴了2個體育運動檢測裝置和1個裝有新型軟件的智能手機，該裝置可用於記錄體育運動，及其時間和位置. 研究者獲得這些運動和位置的數據，結合空氣汙染物空間變化估算每個人呼吸空氣中氮氧化物的總量. 他們發現旅行對個人暴露劑量呈現不相稱的貢獻，因為他們比步行者和騎自行車人群的活動更多.
研發的各種新型裝置可以讓研究人員獲取關鍵性的暴露數據和個人暴露結果，與以前數據比較，這些暴露研究結果更加完善和科學. 過去科學家們關心人體暴露的5個關鍵信息: 誰暴露(who)、暴露了什麽(what)、暴露的時間(when)、暴露的地點(where)和為什麽產生了暴露(why)，簡稱5個W信息. 但僅知道這5個W信息是不夠的，仍無法建立暴露與疾病的真正關系. 而要解決這壹問題就必須知道第6個重要的W信息: 哪壹種暴露造成疾病(which). 各種組學及其分子技術學的介入有助於更清楚地了解第6個W信息. 但是基於遙感技術監測人體外暴露和記錄個人行為活動的研究處於起步階段，而這些技術也只僅適用於特定人群和監測特定汙染物，仍然無法完全獲知人體暴露組的外暴露全部信息，亦無法適用於公***人群的健康管理中，如何全面記錄個體和普通人群外暴露全部信息仍然是當前的壹大難題.
5.2 分子技術
理論上說，分子技術方法是組學技術的壹部分，但與組學技術最大的差別在於這些分子技術手段是有目標性的研究手段(targeted)，而通常所說的組學技術是無目標性研究(untargeted). 通過這些有目標性的技術去研究特殊的暴露及其相應的分子組成特征，結合多種分子技術，對於表征總的暴露組特征極有價值. 例如Avi Spira利用人體通氣道中基因表達組分去發現身體對抽煙暴露響應的分子標誌物. 現存的診斷測試肺癌技術包括層析成像與支氣管鏡檢查法，兩種方法結合起來診斷早期肺癌的靈敏度僅50%. 通過從正常的支氣管上皮細胞中提取RNA，並在微陣列上運行，發現了吸煙者體中存在80個明顯不同的基因表達從而導致氧化還原酶的增加，而這些基因表達是否最終發展為肺癌?采用生物標誌物芯片法診斷早期肺癌的發病率的靈敏度超過80%，如果與支氣管鏡檢查法結合可高達95%. 目前，獨立隊列研究中證實了生物芯片技術可大大提高生物標誌物的靈敏度，期望會成為壹種支氣管鏡檢查法的輔助診斷手段. 又如，由於許多生殖方面的事件如排卵和受精不能直接觀察，而且存在較大的個體差異性，美國National Institutes of Health的Rajeshwari Sundaram開發了壹種簡單可行的手段去認識環境暴露與生殖結局之間的關系. Sundaram等應用商業化的受精監測儀，檢測了參與人員中婦女體內生殖荷爾蒙(estrone3glucuronide and luteinizing hormone)的波動. 這種低廉、易於操作且可靠的監測儀將荷爾蒙組成直接上傳到網絡數據分析系統中，根據合適的受孕時間及檢測中丟失的數據及時向參與者提供反饋. 這種監測儀是縱向觀察受精與環境研究(longitudinal investigation of fertility and the environment study，LIFE)的基本部分，這壹研究主要評價持久性環境化學物影響人類生殖與發展. LIFE研究讓501對夫妻嘗試懷孕，研究者分析了參與誌願者血清中殘留的有機氯農藥、多氯和多溴聯苯、多溴聯苯醚和全氟化合物，並面訪評價部分生活方式等影響因子，分析了持久性汙染物的暴露對生殖能力的影響.
分子技術方法是壹門較為成熟的技術手段，已廣泛應用於臨床醫學. 暴露組研究中借用分子技術手段，主要目的在於研究特殊暴露對人體健康的影響和復雜疾病病原的探究，當前這些研究仍然無法全面闡明疾病與人體暴露之間的關聯，暴露組研究中借用該技術旨在明確二者之間的關系.
5.3 組學技術 從某種意義上說，暴露組的概念來源於基因組，因此有必要借鑒人類基因組研究的高通量技術手段去表征細胞、組織或體液中RNA表達(轉錄組)、蛋白質(蛋白組)和代謝物(代謝組)等後期生物事件. 由於不同生長環境和時期下相同細胞的基因表達情況不完全相同，轉錄組可以記錄特定功能下細胞全部轉錄本，不同人群暴露於外界環境不同，因此機體內細胞基因表達亦會不同，例如在壹些動物實驗中揭示環境汞的暴露對大鼠腦即刻早期基因cjun、cfos mRNA轉錄和cjun、cfos蛋白表達存在明顯的影響. 因此通過轉錄組學可以更清楚地記錄環境因子對機體基因表達的影響. 蛋白質是生命的物質基礎，生物機體中所有細胞及其重要組成部分都有蛋白質的參與，機體的細微變化都會引起蛋白質譜的差異，各類疾病的發生同樣可以導致蛋白質的改變; 反之，蛋白質的改變可以導致疾病的發生，例如蛋白質的過氧化可以導致衰老、糖尿病、慢性腎衰和感染等. 通過開展蛋白質組學的研究記錄壹個組織或細胞的全部蛋白質表達水平、氨基酸序列和翻譯後加工以及蛋白質相互作用等信息，在此基礎上可以了解細胞的各種生物化學過程以及病理反應. 同樣，環境暴露的汙染物進入機體，可能在機體中反應，產生各種生物化學代謝物，通過代謝組學的研究可以清楚地記錄機體受到外界刺激(如暴露於環境汙染等)後代謝產物的圖譜及其動態變化. Elaine Holmes和她的同事表征了人類和其他動物對化學暴露以及生活方式等因子或事件(如飲食以及早產)響應的代謝特征. 研究的突破點在於動態檢測多種化合物. 利用核磁***振光譜或質譜，以及主成分分析從體液或組織中獲取多種指紋. 研究發現，如果哺乳期的母親服用壹種可以治療脹氣和發燒以及減緩病痛的非處方藥: 撲熱息痛，在嬰兒的尿液中亦能監測出來. 然而這壹研究捕捉非常短期的暴露和劑量，並不能代表撲熱息痛的暴露會對將來健康產生影響. 同時該研究小組也能觀測出當野生動物暴露於WHO推薦的暴露下限Cd濃度時，腎臟內羥基丁二酸和乙酸酯增加，谷氨酸鹽和支鏈氨基酸卻減少. 在壹項調查中，Holmes小組可以通過評價早期代謝產物的變化區分出成人屬於正常出生還是早產. 她解釋道，當壹個嬰兒出生時，如早產等許多因素會影響腸道微生物的生長，這些細菌隨著人群變化巨大，但依然能反映健康和疾病影響的代謝組成. 眾所周知，早產可以導致後期心血管疾病、代謝綜合征、腎臟疾病和其他負面健康，Thomas等評價了30個年輕成年人的代謝組成，發現早產人壹些代謝產物明顯增加，這些代謝產物可用於識別炎癥或炎癥前期的癥狀. 因此代謝組可以精確地記錄生命期中與疾病息息相關的暴露.
內外暴露將不斷引起機體生物化學信息庫的改變，而這些信息不僅與暴露相關，同時也與疾病的發生密不可分. 高通量組學技術的應用讓我們知道這些暴露在機體內發生變化，同時也讓我們了解了疾病發生的機理. 在疾病保護和診斷上確認有用的分子標誌物，並根據個人的暴露組特征去發展新型的治療方法. 組學技術的發展，為了解疾病發病機理提供有價值的信息. 由於近年來人類基因組計劃(Human Genome Project，HGP)的成功實施，各種組學技術得到了快速的發展，尤其在無目標性研究其中關鍵作用，全面地記錄了基因表達，轉錄，和代謝等全部信息，讓人們更加清楚自己機體發展的壹切變化. 暴露組研究中必須運用這些高通量技術全面記錄人體暴露過程中機體的壹切改變，因此組學技術的運用將決定暴露組研究的成敗.
6 挑戰及其展望
盡管暴露組的概念剛剛提出，但其內涵和外延得到了不斷的完善和更新，生物標誌、個體檢測器、影像學等技術的進步也會為暴露組的研究帶來空前的發展. 然而在當前的技術手段和分析方法上仍然無法準確定量壹個人的暴露組，開展暴露組研究仍然需要從概念的內涵上加以發展，同時分析技術手段和方法亦需要進壹步完善. 當前下，暴露組研究面臨著諸多困難，概括而言，主要包括以下四個方面.
1)暴露組是個動態的概念，這壹動態不僅體現在研究每個人每時每刻的總暴露，而且這壹概念還受到其他學科和技術的發展而不斷擴展其內涵與外延. 暴露組研究人體從出生至生命結束整個生命過程中每時每刻暴露於外界環境(空氣、水、飲食)，以及社會環境和個人發展階段及行為，因此是在壹個動態的狀態下探討人體暴露與機體響應的壹門科學. 同時隨著各種新型產品和汙染物的出現，社會文化的發展、各種交往的滲透，氣候環境的變遷，暴露組的內涵將逐漸加深，而外延也將不斷地擴展. 由於很多因素在當前的認識下無法預測，因此也為暴露組的研究增加了許多不確定因素.
2)暴露組是建立在暴露科學基礎上，並借鑒了基因組學的研究思路和統計方法，目前關於這些研究的信息多為零星和分散的，如何將這些數據整合歸納起來為暴露組的研究提供更有針對性的指導方案是壹項巨大的工程. 關於人體暴露途徑、職業病調研、個別疾病的生物指標和分子流行病等研究都已有了不同程度的開展，暴露組研究的開展應借鑒這些方法和思路進行更具有針對性的研究. 如何將這些已存在的結果整合起來，並建立其各種相互偶合關聯，為暴露組的研究思路和方法提供有效的信息，亦亟需開展. 同時暴露組檢測方法的進步其發現的信息有利於個體健康保護，但公***健康影響才是暴露組的研究目標，因此在當前乃至今後很長壹段時間內，暴露組研究的最大障礙是如何將其應用到公***人群的健康風險預測和疾病控制等方面. 個體暴露組信息的完善是建立完整的公眾暴露組的第壹步.
3)暴露組的研究將借助各種組學技術，但是如何把這些組合技術手段結合起來，發揮其最大作用，需要不斷地摸索. 而且這些技術並不能完全地解決暴露組的研究問題. 例如暴露組的研究重點在於捕捉各種內在的分子標誌物，而並不是所有的汙染物. 因此必須優化這些技術手段的組合配置. 同時還需要加強國際合作，鼓勵多方位的金融投資，將特定人類染色體測序的工作分配給全世界不同的研究小組來***同完成，在地區層面上獲得當地暴露信息研究的成功，從而促進暴露組數據庫的建立和***享，通過這種方式才可能使暴露組研究得到最快速地發展.
4)隨著各種技術手段的發展，對汙染物暴露途徑、分子作用機理和疾病發生原委的認識逐步清晰，然而由於社會經濟等因素引發的社會暴露在這些技術手段上難以表征，解決社會幹預、生物效應和疾病風險之間復雜的關系必須通過社會學家、環境科學家、流行病學家、分子生物學家和其他領域科學家之間的密切合作才能***同完成.具體參見汙水寶商城資料或更多相關技術文檔。
因此暴露組以壹個全新的概念展現在人們面前，而且為人類健康帶來了無限希望，同時更多地為人們提供了了解自我的機會，亦為科學家們提供了更大的研究平臺和思考空間. 在可以預見的未來，隨著各種技術手段的進步，各個學科的融合和交叉，以及各個領域科學家的緊密合作，逐步建立健全人類暴露組信息數據庫，揭開人體暴露、作用機制和疾病成因的本質，為人類健康保護和疾病預防發揮重要作用.