全氟烷基物质（PFAS）通过干扰神经递质释放与胆碱酯酶活性诱导神经毒性机制研究

本期推荐研究关注全氟烷基物质（PFAS）对神经系统的潜在毒性效应。研究人员以三种典型PFAS（PFOA、PFBA和GenX）为对象，系统探讨其对儿茶酚胺类神经递质释放及乙酰胆碱酯酶（AChE）和丁酰胆碱酯酶（BChE）活性的影响。结果表明，PFAS可显著改变多巴胺、去甲肾上腺素和肾上腺素的释放水平，并直接干扰胆碱酯酶功能。该研究为阐明PFAS神经毒性机制提供了关键分子证据，对评估其神经健康风险具有重要意义。

　　

在现代工业社会中，全氟烷基物质（Perfluoroalkyl Substances, PFAS）已成为一类令人担忧的持久性环境污染物。这类人工合成的有机氟化物以其极强的碳-氟键和卓越的稳定性被广泛应用于纺织品涂层、消防泡沫、不粘锅涂层等众多工业产品和消费品的生产中。然而，正是这种稳定性使得PFAS在环境和生物体内难以降解，能够通过食物链不断富集，最终进入人体。近年来，越来越多的证据表明，PFAS暴露可能与神经系统功能异常密切相关，包括注意力缺陷多动障碍（ADHD）、自闭症谱系障碍（ASD）等神经发育性疾病，甚至与阿尔茨海默病、帕金森病等神经退行性疾病的发病风险存在关联。

尽管已有研究提示PFAS可能具有神经毒性，但其具体作用机制仍不明确。特别是PFAS如何干扰神经信号传递的关键过程——神经递质的释放和代谢，尚未得到系统阐明。为了解决这一科学问题，来自贝勒大学环境科学系的研究团队开展了一项深入的研究，旨在揭示三种典型PFAS化合物——全氟辛酸（Perfluorooctanoic Acid, PFOA）、全氟丁酸（Perfluorobutanoic Acid, PFBA）和十一氟-2-甲基-3-氧杂己酸（Undecafluoro-2-methyl-3-oxahexanoic Acid, GenX）对儿茶酚胺类神经递质释放和胆碱酯酶活性的影响。该研究近期发表在环境科学领域知名期刊《Chemosphere》上。

研究人员综合运用了多种技术方法开展本研究。在细胞水平，使用人源神经母细胞瘤SH-SY5Y细胞系评估了PFAS对神经递质释放和胆碱酯酶活性的影响；在生化水平，采用细胞游离实验系统分析PFAS与酶的直接相互作用；通过氟-19核磁共振（¹⁹F NMR）光谱技术检测PFAS与胆碱酯酶的结合情况；利用荧光光谱和同步荧光光谱分析蛋白质构象变化；并采用分子对接模拟预测PFAS与酶蛋白的结合位点和结合能。

研究结果方面，神经递质释放检测显示，PFAS暴露显著改变了儿茶酚胺类神经递质的释放模式：三种PFAS均增加了多巴胺的释放，PFOA还特别增加了去甲肾上腺素的释放，而所有PFAS都降低了肾上腺素的释放水平。

细胞水平胆碱酯酶活性检测结果表明，PFOA和GenX处理呈剂量依赖性地降低乙酰胆碱酯酶（AChE）活性，而PFBA对AChE活性的影响虽无明显的剂量依赖性，但也观察到活性降低趋势。对于丁酰胆碱酯酶（BChE），只有高浓度GenX（1 μg/mL）处理组显示出活性显著增加。

在细胞游离条件下进行的酶活性分析获得了更为明确的结果：PFBA和GenX显著抑制AChE活性，而所有三种PFAS均增加了BChE活性，其中PFOA的激活效应最为明显，最高使BChE活性增加至121%。

氟-19核磁共振光谱分析揭示了PFAS与胆碱酯酶之间的直接相互作用。PFOA表现出最强的结合能力，其α和ω氟基团的化学位移发生明显变化并出现峰宽增加，表明形成了稳定的酶-配体复合物。相比之下，PFBA和GenX与酶的相互作用较弱。

荧光光谱分析结果显示，所有PFAS处理均导致胆碱酯酶荧光强度降低（荧光猝灭效应），表明PFAS与酶发生了相互作用并改变了其微环境。同步荧光光谱进一步表明这种相互作用对酪氨酸和色氨酸残基的影响存在差异。

分子对接模拟结果显示，PFOA、PFBA和GenX均能与AChE和BChE的活性位点结合，其中PFOA的结合能最低（与AChE结合能为-9.806 kcal/mol，与BChE结合能为-8.119 kcal/mol），表明其结合最为稳定。这些结合位点与已知的胆碱酯酶抑制剂结合区域重叠或相邻。

研究结论与讨论部分指出，本研究首次系统阐明了三种典型PFAS化合物通过干扰神经递质释放和胆碱酯酶活性双重机制诱导神经毒性的作用模式。研究发现的不同PFAS对儿茶酚胺神经递质释放的差异化影响（增加多巴胺和去甲肾上腺素，降低肾上腺素）可能解释PFAS暴露与多种神经精神疾病之间的关联。特别是多巴胺水平的异常升高，可能与PFAS暴露相关的认知功能障碍和神经退行性疾病风险增加有关。

胆碱酯酶活性的改变是本研究另一个重要发现。AChE活性抑制会导致乙酰胆碱在突触间隙积累，引发胆碱能危机；而BChE活性增加则与神经炎症和认知障碍相关。这种"抑制AChE-激活BChE"的双重效应模式可能是PFAS神经毒性的重要机制。特别值得注意的是，短链PFBA和新型替代物GenX与传统长链PFOA一样具有神经毒性潜力，这对当前"以短代长"的PFAS替代策略提出了质疑。

研究通过多种生物物理技术（¹⁹F NMR、荧光光谱、分子对接）证实了PFAS与胆碱酯酶之间的直接相互作用，从分子层面解释了酶活性改变的机制。PFOA由于其较长的碳链和更大的疏水表面积，与酶蛋白的结合能力最强，这与其最显著的生物学效应相一致。

该研究的发现对公共健康和政策制定具有重要意义：首先，它提供了PFAS神经毒性的直接实验证据，支持了流行病学研究中PFAS暴露与神经发育障碍的关联；其次，研究表明新型短链PFAS替代品同样具有神经毒性，提示需要重新评估其安全性；最后，研究揭示了PFAS神经毒性的分子靶点，为开发干预措施和生物标志物提供了理论基础。未来研究需要进一步探索PFAS混合物效应、长期低剂量暴露效应，以及这些分子事件如何转化为机体水平的神经行为异常。