斑马鱼模型中N-乙基全氟辛烷磺酰胺（N-EtFOSA）的生物转化、发育毒性及肝毒性机制研究

《Ecotoxicology and Environmental Safety》：Biotransformation, developmental toxicity, and hepatotoxicity of N-ethyl perfluorooctanesulfonamide (N-EtFOSA) in zebrafish ( Danio rerio)

本研究聚焦于全氟辛烷磺酸盐前体N-乙基全氟辛烷磺酰胺（N-EtFOSA）的环境行为与毒性效应。研究人员通过51天暴露实验，系统评估了N-EtFOSA在斑马鱼体内的生物累积、代谢动力学（如BCF=78.9，ku=2.20 d?1，t1/2=3.8 d）及其代谢产物PFOSA和PFOS的持久性。结果表明，N-EtFOSA可显著抑制胚胎孵化率、心率及幼鱼自发运动，并诱导肝脏氧化应激（SOD、CAT、GPx活性升高）与基因表达紊乱（如slco2b1、bax、cyp19a1a等）。转录组分析进一步揭示其肝毒性涉及补体 cascade、PPAR信号通路等关键途径。该研究为PFOS前体化合物的生态风险评估提供了重要科学依据。

　　

在过去的六十多年里，全氟辛烷磺酸盐（PFOS）作为一种人造表面活性剂，被广泛应用于消防泡沫、半导体、织物保护剂等多个领域。然而，由于其极难降解、可在食物链中生物累积、对野生动物具有毒性以及在人体内半衰期极长等特性，PFOS已于2009年被列入《斯德哥尔摩公约》持久性有机污染物清单。环境中广泛检测到的PFOS不仅来源于其直接使用，更与其前体物质（PreFOS）的降解密切相关。尽管许多国家已认识到PFOS的危害并禁止其使用，但国际上对PreFOS的使用尚未有严格限制，而PreFOS的环境排放量已远超PFOS本身，对生态环境构成潜在威胁。

N-乙基全氟辛烷磺酰胺（N-EtFOSA），商品名苏氟胺（Sulfluramid），是一种用于防治蟑螂、白蚁和切叶蚁的杀虫剂，曾在中国和巴西等地广泛使用。作为PFOS的重要前体，N-EtFOSA在环境中的残留及其对水生生物的毒性效应研究尚不充分。已有报道在北极生物群、巴西农业区的土壤、水体及沉积物中检测到N-EtFOSA的存在。N-EtFOSA可通过间接光解、微生物降解及动植物代谢等途径转化为全氟辛烷磺酰胺（PFOSA）和PFOS等更具持久性的物质。然而，N-EtFOSA在水生生物体内的生物转化途径及其发育毒性机制仍不清楚。为了填补这一知识空白，来自中国农业大学的研究团队在《Ecotoxicology and Environmental Safety》上发表了他们的最新研究成果，系统探讨了N-EtFOSA在斑马鱼（Danio rerio）体内的生物转化、发育毒性及肝毒性。

为了回答上述问题，研究人员设计了一套完整的实验方案。他们首先进行了为期51天的生物累积与净化实验，以测定N-EtFOSA及其潜在代谢物（包括PFOSA、PFOS、PFOA、PFBS和PFHxS）在斑马鱼体内的动力学参数。同时，通过胚胎和幼鱼暴露实验，评估了N-EtFOSA对斑马鱼早期发育的影响，包括孵化率、心率、体长、自发运动等指标，并利用qRT-PCR技术分析了与发育相关的关键基因表达变化。此外，对暴露21天后的成年斑马鱼肝脏，进行了氧化应激相关酶活性（如SOD、CAT、GST、GPx、MDA）的测定，并利用RNA-Seq（RNA测序）技术进行了转录组学分析，通过KEGG（京都基因与基因组百科全书）通路富集分析揭示其肝毒性的潜在分子机制。所有实验均遵循OECD（经济合作与发展组织）测试指南，并设置了相应的对照组。

3.1. Bioaccumulation and depuration of N-EtFOSA and the metabolites in zebrafish

研究人员发现，N-EtFOSA能够快速在斑马鱼体内累积，其浓度在暴露10天后达到平衡（约79.1 μg/g）。采用一级动力学模型拟合良好（r2 = 0.956），计算得出吸收速率常数（k_u）为2.20 d^?1，生物浓缩因子（BCF）为78.9，表明N-EtFOSA易于在鱼体内富集。在随后的净化阶段，N-EtFOSA浓度迅速下降，其消除速率常数（k_e）为0.184 d^?1，消除半衰期（t_1/2）为3.8天。更重要的是，研究检测到两种代谢产物PFOSA和PFOS的形成。PFOSA的消除半衰期为6.7天，而PFOS在30天的净化期内浓度几乎没有下降（从64.74 μg/g降至51.3 μg/g），表现出极高的持久性。这表明N-EtFOSA在斑马鱼体内被代谢为更稳定的PFOS，后者可能长期存留于生物体内，带来持续的暴露风险。

3.2. The acute toxicity of N-EtFOSA to adult zebrafish, embryos and larvae

急性毒性实验结果表明，N-EtFOSA对斑马鱼幼鱼的96小时半致死浓度（96h-LC₅₀）为70.70 mg/L，对胚胎为78.72 mg/L，而对成年鱼的LC₅₀则高于100 mg/L。这表明斑马鱼幼鱼对N-EtFOSA的敏感性高于胚胎和成年鱼，提示早期发育阶段可能更容易受到此类化合物的不利影响。

3.3. Effects of N-EtFOSA on embryos development of zebrafish

在发育毒性方面，N-EtFOSA暴露显著抑制了斑马鱼胚胎的发育。随着暴露浓度的增加，胚胎孵化率明显下降，在高浓度组（82.3和105.2 mg/L）甚至低于20%。同时，胚胎的自发运动次数减少，心率在暴露48小时和72小时后显著降低，孵化出的幼鱼体长也呈浓度依赖性缩短。在分子水平上，暴露于20 mg/L N-EtFOSA 96小时后，胚胎中与有机阴离子转运（slco2b1）、细胞凋亡（bax, p53）以及雌激素合成（cyp19a1a, cyp19a1b）相关的基因表达显著上调。这些基因表达的改变表明，N-EtFOSA可能通过干扰物质转运、诱导细胞凋亡以及干扰内分泌平衡，进而影响斑马鱼胚胎的正常发育。

3.4. Effects of N-EtFOSA on larvae development of zebrafish

对斑马鱼幼鱼的研究进一步证实了N-EtFOSA的发育毒性。暴露48小时后，幼鱼的心率显著降低；当暴露浓度高于61.2 mg/L时，幼鱼的自由游泳能力也受到明显抑制。基因表达分析显示，暴露14天后，幼鱼体内与离子转运（slco1d1, slco2b1）、细胞生长与分化（tgfb1a）、皮肤与脊髓发育（ap1s1）以及神经系统发育（bdnf）相关的基因表达均发生显著变化。这些结果提示，N-EtFOSA可能通过影响多个生理过程，对幼鱼的行为和生理功能产生广泛而复杂的影响。

3.5. Effects of N-EtFOSA on liver of adult zebrafish

肝脏作为代谢的主要器官，是N-EtFOSA毒性的重要靶点。暴露21天后，成年斑马鱼肝脏的血清ALT（丙氨酸氨基转移酶）和AST（天门冬氨酸氨基转移酶）水平升高，组织切片显示肝细胞排列紊乱，表明肝损伤的发生。氧化应激指标检测发现，超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、谷胱甘肽S-转移酶（GST）和谷胱甘肽过氧化物酶（GPx）的活性显著增强，脂质过氧化产物丙二醛（MDA）含量也明显上升，证实N-EtFOSA诱导了强烈的氧化应激反应。转录组测序（RNA-Seq）结果揭示了更深入的机制：共有2980个基因表达发生显著改变。KEGG通路富集分析表明，差异表达基因显著富集于补体和凝血级联反应、金黄色葡萄球菌感染、胆固醇代谢、类固醇激素生物合成、细胞色素P450对外源物的代谢、化学致癌作用以及PPAR（过氧化物酶体增殖物激活受体）信号通路等。特别值得注意的是，过氧化物酶体通路中有33个基因的表达受到显著影响，这与其在脂肪酸氧化和活性氧（ROS）解毒中的关键作用相吻合，进一步阐明了N-EtFOSA引发肝毒性的潜在分子通路。

本研究系统阐明了PFOS前体化合物N-EtFOSA在斑马鱼体内的环境行为与毒性效应。结果表明，N-EtFOSA能够被斑马鱼快速吸收并累积，同时在体内代谢生成持久性更强的PFOS和PFOSA，其中PFOS难以被消除，构成了长期的潜在风险。在毒性方面，N-EtFOSA对斑马鱼的早期发育具有明显的抑制作用，包括降低孵化率、影响心脏功能、抑制运动能力等，这些表型变化与特定基因表达紊乱密切相关。在成年斑马鱼中，N-EtFOSA暴露导致肝脏损伤，引发氧化应激，并干扰了包括脂代谢、免疫应答和解毒通路在内的多个关键生物学过程。该研究不仅揭示了N-EtFOSA作为PFOS前体对水生生物的独特毒性机制，而且为全面评估此类PreFOS化合物的生态风险提供了重要的毒理学数据和科学依据。研究结果强调，有必要加强对PFOS前体物质的生产、使用和环境排放的监管，以保护水生态系统的健康与安全。未来的研究应关注环境实际浓度下的慢性效应、与其他污染物的联合毒性，以及在不同物种间的毒性差异，从而为精准的环境风险评估和管理策略制定提供支撑。