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中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心環(huán)境化學(xué)與生態(tài)毒理學(xué)國家重點實驗室王亞韡課題組黎娟副研究員等在全氟及多氟化合物胎兒暴露評估與消除研究中取得新進(jìn)展。本研究利用島津高效液相色譜三重四極桿質(zhì)譜系統(tǒng)（LCMS-8060）測定了配對孕婦的母血、臍血、胎盤樣品，以及分娩后嬰兒的胎便樣品中15種傳統(tǒng)和13種新型全氟及多氟烷基化合物（PFASs）的濃度水平，分析了PFASs在母嬰傳輸?shù)姆峙?/span>和經(jīng)胎便消除特征，結(jié)合分子對接手段，探究PFASs跨胎盤傳輸?shù)年P(guān)鍵轉(zhuǎn)運蛋白。相關(guān)成果以“Assessment of Fetal Exposure and Elimination of Perfluoroalkyl and Polyfluoroalkyl Substances: New Evidence from Paired Serum, Placenta, and Meconium Samples”為題發(fā)表在環(huán)境領(lǐng)域國際頂級期刊《Environmental Science & Technology》(中科院JCR 1區(qū)）。

研究背景

全氟及多氟烷基化合物（PFASs）具有高穩(wěn)定性和高表面活性等特點，在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。然而，研究表明PFASs具有包括肝毒性、神經(jīng)毒性、內(nèi)分泌干擾效應(yīng)在內(nèi)的多種毒性效應(yīng)，且其在環(huán)境及人體中具有較長的半衰期，這些特征導(dǎo)致有多種PFASs被列入《斯德哥爾摩公約》，禁止除特定豁免和可接受用途外的生產(chǎn)、流通和使用。已有研究表明，PFASs可在孕婦體內(nèi)累積，且能透過胎盤屏障暴露于胎兒，對胎兒健康造成潛在風(fēng)險。了解PFASs在孕婦體內(nèi)的轉(zhuǎn)移、代謝、消除及其影響因素，對研究PFASs的產(chǎn)前暴露風(fēng)險具有重要意義。以往的研究主要采用母血、臍血、胎盤及尿液樣品，開展污染物宮內(nèi)暴露與風(fēng)險相關(guān)研究。然而，人體血液樣本的采集具有損傷性且難以獲得，加之羊水樣品與尿液樣品難以體現(xiàn)污染物長時間的暴露累積情況。這些因素大大限制了對PFASs的母嬰傳輸、代謝與消除的評估研究，這也在一定程度上影響了人們對PFASs產(chǎn)前暴露風(fēng)險的準(zhǔn)確判斷。

本研究旨在(1)闡明傳統(tǒng)和新型PFASs的產(chǎn)前暴露特征和經(jīng)胎盤轉(zhuǎn)移的潛在機(jī)制；(2)揭示母體-胎兒單位PFASs的產(chǎn)前代謝和消除規(guī)律；(3)評估胎便是否可以作為評估PFASs產(chǎn)前暴露的有效生物基質(zhì)。

方法與結(jié)論

28種PFASs在配對母嬰樣本中的賦存結(jié)果如圖1。在所有配對樣品中發(fā)現(xiàn)檢出21種PFASs，說明上述PFASs單體可通過胎盤屏障造成胎兒暴露。PFASs在四類生物樣本中的總濃度（∑PFASs）由高到低依次為胎便（8.65 ng/g）＞母血（6.55 ng/mL）＞胎盤（4.03 ng/mL）＞臍血（3.93 ng/mL）。胎便中PFASs濃度較高的原因可能是由于整個妊娠期的累積暴露所致。在可檢出的傳統(tǒng)PFASs中，全氟辛酸（PFOA）、全氟辛烷磺酸（PFOS）、全氟壬酸（PFNA）和全氟己烷磺酸（PFHxS）是最重要的幾種污染物；而在新型PFASs中，以4:2 氟調(diào)聚磺酸（4:2 FTS）、6:2氟調(diào)聚磺酸（6:2 FTS）、6:2氯化多氟醚磺酸（F53B）等檢出率較高。

圖1（a）四種配對基質(zhì)中∑PFASs的濃度水平；（b）四種配對基質(zhì)中各PFASs的污染比例組成

本研究進(jìn)一步對檢出率大于50%的PFASs進(jìn)行了母血—臍血（TMS-CS）、母血—胎盤（TMS-P）、胎盤—臍血（TP-CS）的轉(zhuǎn)移效率 （transplacental transfer efficiency，TTE）評估（圖2）。結(jié)果表明，隨著碳鏈長度從5個碳增加至14個碳，全氟羧酸類（PFCAs）的TMC-CS呈現(xiàn)U型變化趨勢，而全氟磺酸類（PFSAs）卻呈現(xiàn)出倒U型的變化趨勢，這說明PFASs從母體血液傳遞至胎兒血液過程存在結(jié)構(gòu)依賴性轉(zhuǎn)移。與此同時，本研究發(fā)現(xiàn)PFASs的TMS-P和TP-CS具有一定的“鏡像關(guān)系”。上述結(jié)果表明，PFASs的母嬰傳播是一個復(fù)雜的過程，受到母體和胎兒共同的影響。

圖2  全氟化合物PFASs的母血—臍血（TMS-CS）、母血—胎盤（TMS-P）、胎盤—臍血（TP-CS）的轉(zhuǎn)移效率

臍血—胎便（TCS-M）轉(zhuǎn)移效率在一定程度上可用于評估胎兒在子宮內(nèi)消除 PFASs的能力。TCS-M＞1的PFASs表明其可以經(jīng)過胎便排泄。針對于本研究涉及的PFASs，我們可以觀察到除F53B外，其余PFASs的TCS-M隨碳鏈增加呈現(xiàn)U型趨勢（圖3），這表明PFASs的TCS-M存在一定結(jié)構(gòu)依賴性。其中，大部分PFSAs的TCS-M大于1，而只有短鏈PFCAs大于1。上述結(jié)果說明相較于PFCAs，PFSAs可能更容易經(jīng)胎便消除。值得關(guān)注的是，兩個典型的單體PFOA和PFOS的TCS-M分別為0.14和3.77，暗示這兩種化合物通過胎兒排泄機(jī)制存在差異。同時也提示，宮內(nèi)暴露于胎兒的PFOA難以經(jīng)胎便消除。

圖3  PFASs的臍血—胎便（TCS-M）值

基于分子對接手段，PFASs與多藥耐藥蛋白1（MRP1）、有機(jī)陰離子轉(zhuǎn)運多肽2B1（OATP2B1）、丙氨酸絲氨酸胱氨酸轉(zhuǎn)運體1（ASCT1）、P糖蛋白（P-gp）被確定為PFASs在母體和胎兒之間動態(tài)轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵轉(zhuǎn)運蛋白。研究發(fā)現(xiàn)PFASs氟調(diào)聚磺酰胺類和磺酸類化合物與MRP1結(jié)合力更強(qiáng)，P-gp則參與羧酸類PFASs的胎盤轉(zhuǎn)運。隨著碳鏈長度的增加，PFASs的胎盤轉(zhuǎn)移效率和胎糞排泄效率均表現(xiàn)出結(jié)構(gòu)依賴性，其中ATSC5p和PubchemFP679被認(rèn)為是影響PFASs通過胎糞代謝和分泌的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)。

圖4  PFASs與四種胎盤轉(zhuǎn)運蛋白的結(jié)合模式

總結(jié)和討論

本研究發(fā)現(xiàn)21種PFASs能夠跨過胎盤屏障暴露于胎兒，且能夠經(jīng)由胎便排泄。其中，全氟磺酸比全氟羧酸更容易通過胎便消除。觀察到隨著碳鏈長度的增加，PFASs的胎盤轉(zhuǎn)移效率和胎糞排泄效率均表現(xiàn)出結(jié)構(gòu)依賴性。揭示了PFASs跨胎盤傳輸?shù)年P(guān)鍵轉(zhuǎn)運蛋白及其關(guān)鍵分子結(jié)構(gòu)特征。本研究首次指出胎便可以作為評估PFASs產(chǎn)前暴露的有效生物基質(zhì)。這對 PFASs在母嬰體內(nèi)的代謝和消除有了新的認(rèn)識，同時為選擇合適的生物基質(zhì)來評估PFASs的產(chǎn)前暴露提供了新的視角。

*以上研究工作中PFASs分析方法來自島津全氟及多氟烷基化合物分析MRM數(shù)據(jù)庫。該數(shù)據(jù)庫內(nèi)置103個PFASs化合物的MRM分析條件，滿足科研用戶和環(huán)境監(jiān)測用戶對于PFASs高通量、高靈敏度的快速篩查需求。

參考文獻(xiàn)：

1. Li J, et al. Assessment of Fetal Exposure and Elimination of Perfluoroalkyl and Polyfluoroalkyl Substances: New Evidence from Paired Serum, Placenta, and Meconium Samples. Environ. Sci. Technol. 2024, 58, 5, 2260–2270.