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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(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(píng)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(duì)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(duì)接手段，探究PFASs跨胎盤傳輸?shù)年P(guān)鍵轉(zhuǎn)運(yùn)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(jí)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(diǎn)，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(duì)胎兒健康造成潛在風(fēng)險(xiǎn)。了解PFASs在孕婦體內(nèi)的轉(zhuǎn)移、代謝、消除及其影響因素，對(duì)研究PFASs的產(chǎn)前暴露風(fēng)險(xiǎn)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(xiǎn)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(shí)間的暴露累積情況。這些因素大大限制了對(duì)PFASs的母嬰傳輸、代謝與消除的評(píng)估研究，這也在一定程度上影響了人們對(duì)PFASs產(chǎn)前暴露風(fēng)險(xiǎn)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(píng)估胎便是否可以作為評(píng)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(duì)母嬰樣本中的賦存結(jié)果如圖1。在所有配對(duì)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(gè)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(duì)基質(zhì)中∑PFASs的濃度水平；（b）四種配對(duì)基質(zhì)中各PFASs的污染比例組成

本研究進(jìn)一步對(duì)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(píng)估（圖2）。結(jié)果表明，隨著碳鏈長度從5個(gè)碳增加至14個(gè)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(shí)，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(gè)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(píng)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(duì)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(gè)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(shí)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(duì)接手段，PFASs與多藥耐藥蛋白1（MRP1）、有機(jī)陰離子轉(zhuǎn)運(yùn)多肽2B1（OATP2B1）、丙氨酸絲氨酸胱氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)體1（ASCT1）、P糖蛋白（P-gp）被確定為PFASs在母體和胎兒之間動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵轉(zhuǎn)運(yùn)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(yùn)。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(yùn)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(yùn)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(píng)估PFASs產(chǎn)前暴露的有效生物基質(zhì)。這對(duì) PFASs在母嬰體內(nèi)的代謝和消除有了新的認(rèn)識(shí)，同時(shí)為選擇合適的生物基質(zhì)來評(píng)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(gè)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(duì)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.