《Environmental Pollution》：Developmental Perfluorooctane sulfonate Exposure and Adult Bone Loss: Involvement of Bone Remodeling and Inflammation
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本研究通过孕期PFOS暴露小鼠模型，发现子代成年期存在骨骼微结构破坏、骨代谢失衡及性别差异，机制涉及炎症因子激活和骨形成-吸收耦合紊乱，提示PFOS作为发育毒性物质需关注性别特异性风险。
魏伟|易文杰|霍宏进|王东轩|黄宏宇|蒋飞
苏州大学苏州医学院公共卫生学院职业与环境健康系，中国江苏省苏州市仁爱路199号
摘要
全氟辛烷磺酸（PFOS）是一种具有潜在发育毒性的持久性有机污染物。本研究调查了产前PFOS暴露对后代成年后骨骼健康的长期影响，并探讨了可能的机制。妊娠第11天至第18天，给怀孕的小鼠口服PFOS（剂量分别为0、0.3或3毫克/千克/天）。后代被饲养至成年（出生后第98天）并进行了分析。微CT和组织学分析显示，股骨微结构显著恶化，表现为骨密度降低、小梁数量减少以及小梁连接性受损。这些结构变化伴随着骨重塑的明显失衡：雄性后代主要表现为成骨活性受到抑制，同时骨髓脂肪增多；而雌性后代则更容易激活破骨细胞。在分子水平上，PFOS暴露下调了关键的成骨标志物（Runx2、Sp7、Col1a1、OCN），上调了脂肪生成相关因子（Pparγ、Cebpα、Fabp4、Plin1、Adipoq）和破骨细胞生成相关因子（RANKL、NFATC1、c-Fos、TRAP、Ctsk）。此外，还观察到明显的促炎细胞因子激活（TNF-α、IL-1β、IFN-γ、IL-6、IL-17）以及肠道屏障完整性的受损，这表明可能存在肠道-骨骼轴的相互作用。总之，我们的研究提供了新的证据，证明产前PFOS暴露会导致后代成年后的骨骼质量持续受损，且这种影响存在明显的性别差异。这突显了发育期接触环境污染物对骨骼的长期风险，并强调了在公共卫生评估中考虑性别特定脆弱性的必要性。
引言
全氟烷基物质（PFAS）是一类合成有机化合物，其中碳链上的氢原子部分或完全被氟原子取代。独特的C-F键赋予了它们极强的热稳定性和化学稳定性。然而，这种稳定性也使得PFAS具有高度的持久性和生物累积性，目前已有超过4700种相关化学品被注册使用，包括纺织品、食品包装、不粘炊具和消防泡沫[1]。其中，全氟辛烷磺酸（PFOS）由于历史上被广泛使用，在人体中检测到的频率最高[2], [3], [4], [5]
。
“发育起源与健康疾病”（DOHaD）假说认为，早期的环境暴露可以影响长期的健康结果。PFOS能够通过胎盘转移，在胎儿体内也能检测到其存在[6], [7]，这使得发育中的生物体特别容易受到影响。因此，产前PFOS暴露与后代的多种器官毒性有关，包括肝脏、肺部、生殖系统和神经系统的损伤[8], [9], [10], [11], [12]。值得注意的是，纵向人体研究表明，产前PFOS暴露与儿童和青少年时期的骨骼发育障碍有关[13], [14]，这提示其对骨骼健康可能有长期影响。然而，其背后的机制尚不明确。
“免疫衰竭”概念最初由Srivastava等人提出，为理解骨代谢紊乱中的骨-免疫相互作用提供了机制框架
[15]。来自Th17细胞和M1巨噬细胞的促炎细胞因子（如TNF-α、IL-1β、IL-6、IL-17）通过调节破骨细胞生成和成骨细胞功能来破坏骨重塑
[16]。慢性炎症通过协同机制扰乱骨稳态：TNF-α和IL-6上调NFATC1以促进破骨细胞分化
[17]；IL-17通过核因子-κB激活因子（RANKL）的分泌增强破骨细胞活性[18]；IL-6触发成骨细胞中的gasdermin D介导的凋亡[19]；M1巨噬细胞的极化加剧了活性氧（ROS）的积累[20]，共同形成了一个“炎症-氧化应激-细胞死亡”的恶性循环。尽管在理解炎症性骨丢失机制方面取得了进展，但关于产前PFOS暴露是否通过类似的炎症激活途径破坏破骨细胞与成骨细胞的耦合，以及这些效应是否存在性别差异（考虑到PFAS化合物的内分泌干扰特性），仍存在重要的知识空白。
在本研究中，我们建立了妊娠期间（妊娠第11天至第18天）PFOS暴露（剂量分别为0、0.3或3毫克/千克）的小鼠模型，以探究其对成年后代骨骼健康的长期影响。基于DOHaD和免疫衰竭理论，我们假设产前PFOS暴露可能引发炎症，从而破坏骨代谢并导致成年后的骨丢失。本研究将为环境污染物的发育性骨毒性提供机制上的见解，并为针对高风险人群的早期干预策略提供依据。
实验部分
化学物质
PFOS（纯度>95%，J&K Scientific，北京，中国）溶解在二甲基亚砜（DMSO，Solarbio，北京，中国）中，制备用于动物实验的储备溶液。然后根据小鼠的体重，用Milli-Q水稀释储备溶液以获得给药溶液。所有实验组中的DMSO最终浓度保持在0.05%（体积/体积）以下。
动物实验设计
如我们之前的研究[8]
所述，怀孕的小鼠单独饲养，并随机分配到产前PFOS暴露会导致成年后代小鼠股骨微结构的持续损伤
为了评估产前PFOS暴露对骨骼健康的长期影响，我们分析了两种性别成年后代的股骨小梁结构。微CT分析显示，与对照组相比，PFOS暴露的后代的三维小梁微结构明显受损（图2A）。定量微CT分析表明，高剂量PFOS暴露显著降低了骨密度（BMD）、骨体积/总体积（BV/TV）、骨厚度（Tb.N）和骨厚度（Tb.Th），同时增加了骨小梁密度（SMI）和骨小梁间距（Tb.Sp）（
讨论
本研究建立了与环境相关剂量的产前PFOS暴露模型，以探究其对后代的长期骨骼影响。我们的结果显示，子宫内的PFOS暴露导致成年后代出现持续的骨骼损伤，包括骨密度降低、微结构恶化、骨髓脂肪增多、成骨活性抑制、破骨细胞吸收增强以及炎症性骨微环境。这些发现表明
结论
本研究表明，产前PFOS暴露通过引发炎症反应和破坏骨形成-吸收平衡，干扰了后代的骨骼发育。这些发现强调了PFOS作为一种发育毒性物质的作用，它通过性别特定的机制损害后代的骨骼健康，为基于性别的骨骼疾病临床预防和管理提供了重要见解。需要进一步的研究来阐明
作者贡献声明
霍宏进：方法学、研究、数据分析。王东轩：方法学、研究、数据分析。黄宏宇：撰写、审稿与编辑、监督、概念构建。蒋飞：撰写、审稿与编辑、监督、项目管理、资金获取、概念构建。魏伟：撰写初稿、数据可视化、验证、软件使用、方法学、研究、数据分析、数据管理。易文杰：方法学、研究、数据分析，
资助信息
本研究由中国国家自然科学基金（81703209）、江苏省高等教育机构重点学术发展计划、江苏省高等教育机构自然科学基金（23KJB330005）以及苏州大学苏州医学院的基础前沿创新交叉研究项目（YXY2304041）资助。
利益冲突声明
? 作者声明他们没有已知的可能会影响本文报告工作的财务利益或个人关系。
