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人类风格;卫生保健;生物工程;表观遗传变异;环境压力;生态毒理学;工程纳米颗粒;污染

有一些概念涉及健康和环境与人类生活方式之间的关系:1。健康的环境决定因素(医疗和健康地理)，2。3.健康的政治生态;生物医学的社会研究。对于医学和健康地理学而言，环境表观遗传学表明，需要将场所和空间不仅仅视为环境，将身体不仅仅视为受体[1]。

种群受到环境物理或化学因素(如毒素、胁迫、温度、辐射等)不同程度的影响，并有可能引起基因表达[2]的变化。许多生态外部机制及其对人体的影响是通过表观遗传学了解的。Dworkin[3]证明除了经典的基因突变外，还有一种称为“表观遗传学”的机制，指的是基因表达的改变。

外部环境和内部环境之间存在着持续的相互作用，这是正常发育和健康维持所必需的，也是影响疾病负荷和抵抗力所必需的(图1)。例如，接触药物和有毒化学物质、饮食、压力、锻炼、其他环境因素也能引起积极或消极的表观遗传改变，对发育、代谢和健康产生持久的影响。这些会对人体产生如此深远的影响，以至于永久性地改变个体[4]的表观遗传特征。

图1显示了一些对健康和行为有益的因素，其他的可能是有害的和干扰身体的因素。列出的一些有益影响包括锻炼、微生物群(有益的肠道细菌)和替代医学，而有害影响包括接触有毒化学物质和药物。因此，环境补充和塑造了人类健康。

图1：在环境中发现的[4]的不同来源对人类的各种表观遗传影响的汇编。

自然环境是在植物、动物、海洋生物和微生物中发现的新治疗产品的一个有吸引力的来源。肠道菌群是人体代谢和免疫的重要组成部分。这对保健很有帮助，特别是对消化系统疾病和食源性疾病的管理。

通过基因技术和分子生物学，从食物和共生细菌中表达这些强大分子的生物活性副本成为可能。基因工程益生菌可用于治疗一些疾病，如克罗恩病和溃疡性结肠炎，以及其他由免疫系统过度活跃引起的疾病。此外，微生物代谢物是最重要的癌症化疗药物之一。许多具有抗癌特性的化合物已从天然物质中分离出来。目前具有抗肿瘤活性的化合物中，超过60%的化合物最初是作为天然产物或其衍生物分离出来的。其中，放线菌素D、蒽环类、博莱霉素、丝裂霉素C、蒽醌类、钙霉素、紫杉醇类、埃坡霉素[7]等产品值得特别关注。

营养食品来源于各种天然资源，如药用植物、海洋生物、蔬菜和水果。目前，营养食品（天然治疗产品）在各种慢性疾病的治疗中发挥着越来越重要的作用，如结肠癌、糖尿病和阿尔茨海默病。营养品已显示出降低结肠癌风险和减缓其进展的潜力。这些饮食物质针对结肠癌发展的不同分子方面[8]因此，营养食品具有控制癌细胞DNA损伤因子和调节肿瘤DNA转录的能力。同时，天然食品含有多种天然产物，如类黄酮、类固醇、含硫化合物、生物碱、酚酸、维生素、矿物质和其他抗氧化剂。这些营养食品复合物可以增强对各种因素的保护，如高酒精消耗和其他药物。Kuppusamy等人[8]提到营养食品有助于控制结肠癌的发生。它们具有多种治疗效果，如抗肥胖作用、心血管作用、抗糖尿病作用、免疫增强、天然抗氧化活性和抗炎作用[9]。

大肠内微生物分泌的一些天然化合物通过阻断DNA修复[10]的活性而导致结肠癌。其他基因可能协同作用，影响细胞周期和dna修复过程的调节，其中一个或多个基因的突变可能改变对其他遗传、生活方式、激素或环境挑战的易感性。然而，有一些天然化合物;姜黄素、白藜芦醇或槲皮素可与许多与人类疾病有关的靶分子结合[12,13]。其中一些靶点，如乙酰胆碱酯酶或单胺氧化酶A和B，是动物特有的，在植物中没有产生这些天然制剂[14]的同源物。用于治疗尿路感染的酚葡萄糖苷熊果苷，在人体内[14]水解氧化为对苯二酚之前，是无效的。进一步的例子是番泻苷，它被肠道中的细菌转化成泻药。类似地，结合的植物雌激素必须在胃或肠道中水解才能发挥它们的雌激素样作用[14]。严格来说，这些植物分子不是药物，而是原始药物[14]。

此外，天然产品可以作为潜在的治疗药物，以对抗阿尔茨海默病(AD)。阿尔茨海默病的特点是大脑皮层神经细胞的死亡，是最常见的痴呆症亚型，2000年影响了全球2500万人，预计到2050年将增加到1.14亿。近年来，天然产物的抗ad特性引起了人们的广泛关注。但很少有天然产物被研究其生物活性。其中一些天然产物具有开发具有新的化学结构[15]的生物活性化合物的强大潜力。

现代生物化学和生物学仪器特别是各种组学技术允许研究人员详细的确切性质自然化合物对人体的生物效应,并发现可能的协同效应,该基金持有的承诺对许多毁灭性的疾病新疗法的发展,包括痴呆和癌症。

人们接触纳米材料和工程纳米粒子的情况迅速增加，它们对公共卫生的影响仍然未知。表观遗传特性的修饰是了解基因与环境相互作用的分子机制的重要课题。

这篇综述的主要目的是论证生物工程(包括生物技术、遗传学、生物化学、生态学等)和医学在改善人类生活质量和我们的环境健康方面的重要关系。生物工程设计的发展，用于卫生生物技术的微生物系统的建模、测量、操作和制造，是新兴卫生保健和环境问题真正需要的挑战之一。生物工程根据医务人员的新资料提供用于诊断和疾病治疗的生物仪器。生物工程师可以为医疗应用提供设备和生物材料。

此外，一些日常活动应该会改变我们的生活方式，如营养、行为、压力、体育活动、工作常规和习惯、吸烟、吸毒和饮酒。越来越多的证据表明这些环境因素可能影响表观遗传机制，如DNA甲基化[17]。

因为许多环境事件发生在过去的30年中,全球人口增长和自然资源的限制,医疗越来越依赖于技术的发展,以避免全球变暖引起的重工业化,森林砍伐,以及生物和非生物资源的消耗。为了减少公共卫生问题，保护地球上的野生动物和人类，医疗集群提供了发展新概念的机会，将工程科学、自然和生命科学不同领域的专家与医学专家之间的主要研究合作结合起来。这需要生物工程和医疗保健专家之间非常密切的合作，因为生物工程师主要负责从不同的角度调查生活方式参数的质量，如营养、气候变化、人口统计学、环境健康和质量(空气、土壤、水)、营销、卫生保健人员负责药品管理工作，如治疗、预防和接种、传染病控制、传染病分布、疾病传播方式、病人安全质量、卫生习惯等。

由于人类活动、大量核辐射、生物、有机(如三氯乙烯、二氯乙酸、三氯乙酸、苯、酚类化合物(如双酚A)、干扰内分泌的化学物质和生殖毒性物质等)和无机毒理学项目引入人类的生活方式，如重金属(如砷、镍、铬、铅、汞和镉作为能够扰乱DNA甲基化和组蛋白乙酰化的污染物在环境中广泛存在，并可导致多种疾病，包括癌症、神经系统疾病和自身免疫疾病)、有毒气体(工业活动产生的二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳和二氧化碳、二恶英、呋喃、这些垃圾在我们的生物圈中成为生态毒理学化合物，并已被证明会导致基因活性的表观遗传变化。所有这些化合物都与乳腺癌风险的增加有关。面对这种危险的命运，监测和评价生态毒理学信息比以往任何时候都更有必要确定各种生态系统的污染水平。

随着生态毒理学化合物释放到环境中的速率的增加，引起生物基因表达的变化。这些变化不是编码在它们的DNA核苷酸序列中，在这种情况下，表观遗传变化可以发展和修改生物的表型特性。表观遗传变化的发生率高于突变率，目前还没有类似于保护DNA完整性的修复机制。表观遗传改变改变了遗传信息的表达方式，而不直接改变储存在DNA中的遗传密码，从而导致健康问题。同时，表观遗传改变在神经发育障碍、心血管[19]疾病、哮喘[15]和癌症的发生发展中发挥重要作用[20-22]。

表观遗传学在生态毒理学研究领域的评价是一个相对较新的方法。这种类型的生态毒理学污染物可能对遗传信息有致癌或致突变作用，并可能为我们的背景引入一个新的项目，称为生态毒理学基因组学[23]。他们描述了基因组学和环境毒物暴露之间的整合。在人类环境中，毒性基因组学是对基因表达的研究，这些基因在对毒性暴露的适应性反应中很重要，并且反映毒性过程本身。

如何修复因创伤、疾病或衰老以及移植造成的组织或器官损伤，是生物工程师和医学研究者之间最重要的课题之一。基因组学和生态毒理学研究的翻译是一个多学科的科学研究领域，遗传学、环境健康、社会和行为科学等相关领域的整合增加了疾病病因和进展的相互作用，并对将主要发现转化为公共卫生、医疗保健和医学实践产生变革性影响。

如今，工程化纳米颗粒为各种工业产品提供了技术优势，并在生物医学应用中具有良好的前景[25]。

纳米技术领域的最新进展导致人类接触纳米粒子的机会增加。第二次世界大战后，各种癌症的发病率不断上升，这使科学家们面临着癌症起源的问题。

由于空气污染，人们不断地暴露在不同数量的化学物质中，这些化学物质在实验系统中被证明具有致癌性或诱变性，这种污染是由于高度工业化、运输等产生的生态毒性空气污染物。当这些物质存在于食物、空气或水中时，可外源性暴露，当它们是代谢或病理生理状态(如炎症)的产物时，也可内源性暴露。

建议在环境毒性安全评估和生物监测研究中最终应考虑表观遗传机制和遗传机制。这将有助于确定毒物的作用模式，没有观察到的不良影响水平和识别毒性生物标志物，以便毒理学的早期检测和风险评估，但在达到[27]之前，仍有一些关键领域有待探索。

目前，环境污染物暴露对表观遗传特征的影响需要更多的研究，以评估不同生态系统中不同种群潜在的表型和表观遗传修饰水平。此外，还需要进一步的研究来确定这些环境表观遗传变化是否通过世代传递。

生物工程科学与医学在监测环境污染方面的合作，以及通过哪些方面可以改善人类和环境健康。因此，生物学，工程学和医学之间的合作最终将使整个基于设计的，预测性的环境改造成为可能，这对我们很重要，包括人类医疗保健。

最后，目标是更好地理解、取代或确定一个目标体系，以最终改善环境和人类的医疗保健和公共健康质量。为了保护人类健康，有必要了解生物对环境因素的反应，如化学品接触、影响适应、对毒性的敏感性和生物多样性，以及遗传和表观遗传如何是讨论人类与环境关系的重要因素。

参考文献

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文章类型:观点文章

引用:Hamuda HB(2017)生物工程与医疗保健:表观遗传学、环境因素和生活方式之间关系的理解方法。美国医学杂志临床应用2(1):doi http://dx.doi.org/10.16966/2575-0305.105

版权:©2017 Hamuda HB。这是一篇开放获取的文章，在知识共享署名许可协议的条款下发布，该协议允许在任何媒体上无限制地使用、发布和复制，前提是注明原作者和来源。

出版历史：

收到日期:2016年12月26日

接受日期:2017年2月02

发表日期:2017年2月8日