全氟及多氟烷基物质结构差异对HepG2细胞氧化应激和脂质代谢紊乱的差异性毒性机制研究

本研究针对不同碳链长度和功能基团的全氟及多氟烷基物质（PFASs）的毒性差异问题，通过HepG2细胞模型系统评估了PFOA、PFOS、PFBA和PFBS的细胞毒性机制。研究发现长链PFASs（PFOA/PFOS）比短链（PFBA/PFBS）更易诱导氧化应激（ROS/MDA升高）和脂质代谢紊乱（TG积累），且磺酸基PFASs毒性强于羧酸基同类物，为PFASs的风险分级管理提供了理论依据。

　　

全氟及多氟烷基物质（PFASs）作为一类具有高度环境持久性的合成污染物，被广泛应用于防水防油涂层等工业产品中。其中长链PFASs如全氟辛酸（PFOA）和全氟辛烷磺酸（PFOS）因半衰期长达数年、易在生物体内蓄积，已被国际法规限制使用。作为替代品的短链PFASs（如PFBA、PFBS）虽环境存留时间较短，但其潜在毒性仍不明确。更复杂的是，PFASs的毒性可能与其碳链长度和功能基团（磺酸基/羧酸基）密切相关，这种结构-毒性关系直接关系到环境风险评估的准确性。

针对这一科学问题，江苏高校的研究团队在《Toxicology》发表研究，通过人肝癌细胞系HepG2模型，系统比较了四种典型PFASs（PFOA、PFOS、PFBA、PFBS）在50-400 μM浓度范围内的毒性差异及其机制。研究采用CCK-8法检测细胞活力，通过ROS和MDA水平评估氧化应激，结合非靶向代谢组学分析代谢通路变化，并采用qRT-PCR检测脂代谢相关基因表达。

Effect of PFASs on cell viability
实验显示所有PFASs均呈剂量依赖性降低细胞活力，但长链PFASs（PFOA/PFOS）在50 μM低浓度即显现显著毒性，而短链PFASs（PFBA/PFBS）需200 μM以上才出现类似效应。特别值得注意的是，磺酸基化合物（PFOS/PFBS）的毒性始终强于同链长的羧酸基化合物（PFOA/PFBA）。

Oxidative stress induction
通过检测活性氧（ROS）和脂质过氧化产物丙二醛（MDA）发现，长链PFASs处理组ROS水平最高达对照组的2.8倍，MDA含量提升3.1倍，显著高于短链处理组。这表明长链结构更易引发氧化应激反应。

Metabolomics analysis
非靶向代谢组学揭示PFASs主要干扰脂质和氨基酸代谢通路。长链PFASs引起甘油磷脂、鞘脂类代谢物显著变化，其中PFOS组检测到18种脂质代谢物异常，远多于PFBA组的5种。磺酸基PFASs还独特干扰了牛磺酸代谢通路。

Lipid metabolism disruption
基因表达分析显示，长链PFASs显著上调脂肪酸结合蛋白4（FABP4）和乙酰辅酶A氧化酶1（ACOX1）等脂代谢基因。细胞内甘油三酯（TG）含量检测证实，PFOA处理组TG积累量比对照组高2.4倍，与基因表达结果相互印证。

结论与意义
该研究首次系统比较了不同结构PFASs的毒性差异：碳链长度决定毒性强度（长链>短链），功能基团影响毒性特征（磺酸基>羧酸基）。机制上，长链PFASs通过诱发氧化应激（ROS/MDA升高）和脂代谢紊乱（TG积累/FABP4上调）双重途径导致细胞损伤。这些发现为PFASs的替代品选择提供了科学依据——短链羧酸基PFASs（如PFBA）相对更安全。研究还建议未来风险评估需同时考虑碳链长度和功能基团的协同效应，对完善PFASs管理法规具有重要指导价值。