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气候变化使 heat stress 成为重大公共卫生挑战，现有监测手段存在不足。研究人员对健康参与者开展交叉研究，分析汗液代谢组和蛋白质组。结果识别出多种候选生物标志物。这为开发新型可穿戴设备、改善热应激健康管理提供依据。
随着全球气候变暖的加剧，极端高温天气越来越频繁，热应激已经成为一个不容忽视的重大公共卫生问题。它不仅会导致人体出现脱水、中暑等健康问题，严重时甚至会危及生命，还会降低工作效率，增加工作场所受伤的风险。目前，热应激的监测主要依赖基于人群的测量方法，缺乏个性化的监测手段。虽然可穿戴设备在一定程度上实现了个性化的健康监测，但大多依靠心率（HR）等非特异性物理变量，无法精准反映人体在热应激状态下的代谢变化。此外，通过血液检测的一些热应激生物标志物，如皮质醇（cortisol）和 α - 淀粉酶（α - amylase），其检测和监测受到实验室条件的限制，难以实现连续、无创的监测。在这样的背景下，寻找一种能够无创、连续监测热应激的方法显得尤为重要。
瑞士联邦理工学院苏黎世分校（ETH Zurich）的研究人员开展了一项具有创新性的研究，旨在探索热应激状态下人体汗液中的代谢组和蛋白质组分子特征，寻找新的生物标志物，为热应激的监测和健康管理提供更有效的手段。该研究成果发表在《Communications Biology》杂志上。
研究人员采用了多种关键技术方法。在样本采集方面，招募了 20 名年龄在 18 - 40 岁的健康参与者，在不同的热应激条件下，用商用医疗贴片收集他们的汗液。对于生理参数测量，通过 3 - 导联动态心电图（ECG）连续测量心率（HR），让参与者吞服 e - Celsius 药丸来监测核心体温（CBT）。在分子分析层面，运用液相色谱 - 质谱联用（LC - MS/MS）技术分别对汗液进行代谢组学和蛋白质组学分析，以识别其中的代谢物和蛋白质。
下面来看看具体的研究结果：
- 参与者特征：研究共招募 23 名参与者，3 人退出，2 次研究访问因传感器故障被排除，最终 10 名女性和 10 名男性纳入分析。参与者在家时平均近身体温（TCB）为 29.89 °C，平均近身相对湿度（RHCB）为 37.08%。
- 汗液中无靶向代谢组学和蛋白质组学特征
- 代谢组学：共鉴定出 82 种独特代谢物，在应激阶段（无 PC），大多数参与者在环境温度升高（AT）和运动（E）时代谢物强度高于相对湿度升高（RH）时，但并非所有代谢物都有显著变化。
- 蛋白质组学：在至少 50% 的样本中观察到 137 种蛋白质，在低出汗率条件下，如 RH 应激阶段、适应和冷却阶段，蛋白质检测率较低。
- 区分热应激源
- 代谢组学：确定了 4 种内源性代谢物（反式 - 3 - 吲哚丙烯酸、顺，顺 - 粘康酸、亮 - 亮二肽、亮 - 苯丙二肽），其强度在不同热应激源（AT、RH、E、+PC）之间存在差异。
- 蛋白质组学：聚焦 AT、RH、E（无 +PC）时，发现纤维调节蛋白（fibromodulin）强度在不同热应激源间存在差异，但 AT 与 E 之间的证据在多重校正后减弱。
- 区分低和高湿球黑球温度（WBGT）
- 代谢组学：比较低（平均 27.74 °C；RH）和高（平均 31.26 °C；AT）WBGT 环境下汗液代谢物强度，鉴定出 25 种候选生物标志物，但仅部分在热应激和 +PC 阶段有显著变化。
- 蛋白质组学：共鉴定出 128 种能区分高、低 WGBT 的蛋白质，部分蛋白质仅在单一应激或 +PC 阶段有显著差异，且缺失数据较高。
- 区分环境和主动热应激
- 代谢组学：对比环境源（RH、AT）和主动（E）热应激阶段汗液分子特征，鉴定出 26 种候选生物标志物，部分在单一热应激和 +PC 阶段有差异，部分校正后证据减弱。
- 蛋白质组学：鉴定出 89 种能区分环境（AT 和 RH）和主动（E）热应激的蛋白质，同样存在大量缺失数据。
- 与物理热应激标记物的关联
- 代谢组学：汗液中候选生物标志物与 CBT 和 HR 存在相关性，如瓜氨酸（citrulline）与 CBT 相关，但多重校正后部分关系不显著。
- 蛋白质组学：HR 与 3 种蛋白质（filaggrin - 2、repetin、锌指 MYM 型蛋白 3）相关，校正后无显著证据。
- 监测急性热应激
- 代谢组学：识别出多种与热应激变化相关的候选生物标志物，如色氨酸（tryptophan）可监测不同研究阶段热应激变化。
- 蛋白质组学：纤维调节蛋白可监测不同访问阶段热应激变化，在运动阶段效果最佳，还能监测恢复阶段。
- 汗液中靶向皮质醇特征：皮质醇在汗液中各阶段均可检测到，热应激较高阶段更易检测到。单变量分析显示其与 HR、局部出汗率（LSR）呈负相关，但多变量分析后该关系不显著。
研究结论表明，该研究识别出了人体汗液中新型的分子候选生物标志物，这些标志物可以用于监测和区分不同的热应激源，有望推动热应激监测从单纯的生物物理学监测向更精准的代谢监测迈进。这些候选生物标志物在植物和动物热应激研究中已有一定基础，具有很大的应用潜力。它们可以为热应激管理提供更详细的信息，例如基于亮氨酸（leucine）了解性别差异，基于色氨酸及其代谢物评估合并症的影响，基于瓜氨酸解读 CBT，基于过氧化氢酶 2（catalase2）反映年龄因素，基于谷胱甘肽合成酶（glutathione synthetase）探究热适应情况等。
不过，该研究也存在一定的局限性。研究是在中等热应激条件下进行的，参与者未达到中止标准，也无因热应激症状退出的情况，因此这些候选生物标志物在临床中的实际价值还有待进一步验证。同时，研究中出汗率较低导致蛋白质组学分析缺失数据较多，样本仅包含 20 名健康年轻参与者，不能代表社会的多样性，现实生活中的热应激情况更为复杂，涉及多种应激源。但尽管如此，该研究为后续开发更有效的热应激监测和管理策略提供了重要的理论基础和研究方向。未来，需要进一步开展临床研究，深入了解这些候选生物标志物与热应激之间的关系，开发合适的可穿戴传感平台，实现对热应激的连续、无创、个性化监测，从而更好地保障人们在热应激环境下的健康。
