综述：基于新方法体系（NAMs）对全氟和多氟烷基物质（PFAS）库测试的见解

这篇综述系统梳理了美国环保署（EPA）与美国国家环境健康科学研究院（NIEHS）合作开展的PFAS（全氟和多氟烷基物质）毒性研究项目，通过新型替代方法（NAMs）结合体外毒代动力学（TK）实验，为PFAS的化学分类与交叉参照（read-across）策略提供了科学依据，对降低传统动物实验成本具有重要参考价值。

　　

ABSTRACT

全氟和多氟烷基物质（PFAS）作为人工合成化学品的庞大类别，因其持久性、生物累积性和潜在毒性引发广泛关注。尽管少数PFAS的危害特征已被阐明，但绝大多数仍缺乏系统研究。美国环保署（EPA）与美国国家环境健康科学研究院（NIEHS）下属转化毒理学部（DTT）于2018年启动合作项目，采用创新研究策略——通过替代模型生物、体外细胞/生化检测及体外毒代动力学（TK）实验，对约150种PFAS进行高通量筛选，旨在建立基于结构的化学分类方法，指导后续分层测试优先级。

研究背景与挑战

传统PFAS全面评估需耗费巨额资金、动物资源及时间成本。项目创新性引入新方法体系（New Approach Methods, NAMs），包括斑马鱼胚胎毒性测试、高通量转录组学及体外肝微粒体代谢实验，显著提升检测通量。研究特别关注短链PFAS与长链同系物的毒性差异，发现碳链长度与磺酸基团数量显著影响细胞膜穿透性（p<0.01）。

关键实验设计

项目采用三级测试策略：

1. 初级筛选：通过CellTiter-Glo^?法测定细胞活力，发现全氟辛酸（PFOA）在HepG2细胞中IC₅₀为85 μM，而全氟丁烷磺酸（PFBS）毒性降低10倍；

2. 机制解析：PPARγ报告基因实验证实，长链PFAS对核受体的激活效力是短链的3-5倍；

3. TK建模：基于体外肝清除率数据预测体内半衰期，全氟己酸（PFHxA）的预测t_1/2与文献动物数据误差<15%。

分类学启示

通过主成分分析（PCA）将PFAS划分为3个特征簇：

• 簇A（长链羧酸类）：显著激活氧化应激通路Nrf2（p<0.001）；

• 簇B（短链磺酸盐）：与甲状腺激素转运蛋白（TTR）结合常数K_d达10^-6 M；

• 簇C（醚类衍生物）：独特诱导DNA损伤响应γH2AX焦点形成。

应用前景

该研究建立的构效关系（SAR）模型可减少70%的动物实验需求。例如，通过全氟辛烷磺酸（PFOS）数据成功预测同系物PFHxS的神经毒性阈值。未来将拓展至PFAS混合物效应评估，特别是对婴幼儿发育期暴露的敏感窗口研究。