全氟丁酸暴露诱导肠道菌群失调驱动斑马鱼（Danio rerio）慢性肠道损伤

《Journal of Environmental Sciences》：Perfluorobutanoic acid exposure induce gut microbiota dysbiosis driving chronic intestinal damage in zebrafish ( Danio rerio)

　　

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  PFBA在斑马鱼中引起随时间变化的肠上皮空泡化和凋亡。
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  PFBA诱导的肠道菌群失调通过三阶段模型驱动慢性炎症。
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  PFBA暴露与肠道中支原体科扩增相关。
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  产生LPS的类群（科omonadaceae）与Tlr18/NF-κB通路上调相关。
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  Fusobacteriaceae和短链脂肪酸下降与抗炎能力降低相关。

引言

全氟和多氟烷基物质（PFAS）是一类合成化学品，其特征是具有坚固的碳-氟（C-F）键骨架（Buck等人，2011年）。这种独特的结构赋予了其卓越的化学稳定性以及拒油拒水性能，因此被广泛应用于各种工业和消费品领域，包括纺织品、灭火泡沫和食品包装（Miranda等人，2024年；Seltenrich，2020年；Zheng等人，2021年）。然而，这种稳定性也使PFAS对环境中降解具有极高的抵抗力（Cui等人，2020年；Zhang等人，2022b），导致其具有显著的持久性、远距离迁移潜力和生物富集能力，从而对全球生态系统和人类健康构成重大威胁（Yuan等人，2023a）。

在PFAS这一大类物质中，全氟丁酸（PFBA）已作为一种长链同系物的替代品出现。这一转变是全球工业向短链PFAS转型趋势的一部分，这大幅增加了其使用和环境中普遍存在性（Podder等人，2021年）。大量的环境监测数据记录了PFBA在各种基质中的广泛存在。例如，PFBA在多个地区的地下水中被频繁检测到，浓度从亚ng/L级到数千ng/L级不等（Xu等人，2021年），具体取决于排放环境。例如，PFBA在城市地表水中的背景浓度低至2.83-10.86 ng/L（Heath等人，2025年），而在受污染地区的浓度则高得多：意大利威尼托地区的地下水监测显示，在一处氟化工制造设施数十年来排放PFAS的区域内，PFBA浓度中位数为20 ng/L，第95百分位数为512 ng/L，最高值达11,900 ng/L（Calore等人，2026年）。此外，在美国明尼苏达州的饮用水中检测到PFBA浓度为2.5 μg/L（Scher等人，2018年），在中国某氟化工园区附近的地下水中检测到最高4.78 μg/L（Bao等人，2020年）。此外，亚洲的大气研究发现PFBA是主要的离子型PFAS，平均浓度约为49 pg/m3（Wang等人，2022b）。尽管PFBA的生物半衰期相对较短且在环境中广泛检出，但一项全面的跨界综述强调，PFBA等短链PFAS的环境行为和毒性特征仍未得到充分探索，这是一个关键的知识空白（Podder等人，2021年）。

PFBA通过多种途径进入生物体，包括通过水生动植物食物链的饮食暴露、饮用水和食品包装（Bonato等人，2025年；Diao等人，2022年；Zheng等人，2021年）。研究表明，PFBA可能对鱼类、啮齿动物和水生无脊椎动物等多种生物引起内分泌干扰、发育毒性和氧化应激（Pollard等人，2024年；Porseryd等人，2024年；Wang等人，2024年）。然而，与长链PFAS相比，PFBA在亚急性、环境相关暴露场景（代表受污染水体）下的生态毒理学效应，尤其是在分子机制方面，仍未得到充分探索。

斑马鱼（Danio rerio）是毒理学研究中一种成熟的脊椎动物模型。尽管以往在斑马鱼中的研究已记录了某些长链PFAS的发育毒性（Bai等人，2023年；Zhang等人，2025b），但关于PFBA毒理学效应的数据仍然匮乏，尤其是在环境相关浓度下的亚急性暴露条件下。现有大部分证据来自于采用高暴露水平而不准确反映现实环境条件的研究。

鱼类因环境污染物暴露引起的肠道损伤通常伴随全身性应激反应，这一过程精确受复杂的神经内分泌因子和神经递质调控网络调节（Yuan等人，2025年）。现有研究表明，肠道菌群可能是环境污染物毒效应的关键靶标和中介因子，包括一些长链PFAS，并且能够调节宿主的代谢和免疫稳态（Fang等人，2026年；Yi等人，2024年）。然而，在环境相关的亚急性暴露条件下，仍有两个关键的科学问题未得到解答：PFBA等短链PFAS是否能够扰动鱼类的肠道微生态系统，以及肠道菌群失调是否能够与宿主的应激调节通路相互作用来介导其肠道毒性。

因此，为了研究环境相关浓度下PFBA的亚急性毒效应，本研究将斑马鱼暴露于1000 ng/L浓度的PFBA中63天。尽管该浓度高于典型的背景水平，但仍在全球受污染地下水和地表水中检测到的PFBA浓度范围（数十至数千ng/L）之内（Calore等人，2026年；Heath等人，2025年）。值得注意的是，该浓度的环境相关性已由以往研究进行了方法学验证（Ateia等人，2019年），他们将1000 ng/L作为代表性的环境相关水平，并确认了其分析可检测性和在不同水基质条件下的实验稳定性。因此，该暴露水平能够用于探究现实条件下PFBA的慢性毒性，为短链PFAS的肠道毒效应和转录组响应提供见解，这一领域仍 largely unexplored。我们采用了整合多组学方法，结合组织病理学检查、肠道转录组测序和肠道菌群的16S rRNA基因测序。该策略使我们能够系统地阐明组织损伤的时间进程、宿主分子反应和微生物群落变化，并阐明肠道菌群与宿主肠道在介导PFBA毒性中的潜在对话。我们的研究结果旨在为短链PFAS的生态风险评估提供机制性理解和更具现实意义的毒理学数据。

章节片段

化学品与鱼类

PFBA购自上海阿拉丁生化科技股份有限公司（纯度 > 98.0%，CAS号 375-22-4，北京，中国），溶于二甲基亚砜（DMSO；纯度 > 99.9%，CAS号 67-68-5，索莱宝，北京，中国）配制母液（10 mg/L）。本实验所用所有AB品系雄性斑马鱼（六个月龄）均来源于中国斑马鱼资源中心（CZRC）的同一批后代，平均体长为3.5 ± 0.3 cm，体重为0.45 ± 0.05 g。

PFBA暴露与采样

实验用鱼

环境相关浓度下长期PFBA暴露导致肠道累积形态损伤和细胞凋亡

PFBA暴露后斑马鱼肠道的组织病理学检查采用苏木精-伊红（H&E）染色法进行。如图1a所示，对照组的肠道结构清晰，肠上皮细胞排列紧密，杯状细胞和柱状上皮细胞之间界限分明。相比之下，1000 ng/L PFBA处理组的肠道组织表现出随时间变化的空泡化现象（图1b-e）。肠道组织形态学变化

讨论

全氟丁酸作为一种短链全氟和多氟烷基物质，作为传统PFAS的替代品被广泛使用后，已成为一种普遍的环境污染物（Xu等人，2020年）。然而，其在环境相关浓度下的亚急性毒性，尤其是对肠道健康的影响及肠道菌群的潜在介导作用，仍未得到充分理解（Espartero等人，2022年；Li等人，2022年）。为填补这一空白，本研究将斑马鱼暴露于1000

结论

总之，本研究证明，在环境相关浓度下亚急性暴露于PFBA，通过菌群介导的促炎级联反应在斑马鱼中诱导显著的肠道毒性。组织病理学改变、转录组失调和肠道菌群变化共同揭示了一个从初始代谢和微生态扰动到慢性炎症损伤的分阶段进展过程。免疫相关通路的持续上调，

数据可用性

所有数据均在正文或支持信息中提供。

CRediT作者贡献声明

郑天宇： 撰写 – 审阅与编辑，撰写 – 初稿，可视化，软件，方法论，概念化。陈梦洁： 可视化，软件，资源，形式化分析。张碧雨： 可视化，形式化分析。林子洋： 方法论。苏浩盈： 资源。许一婷： 形式化分析。郝天伟： 监督，概念化。王旭博： 监督，资源，概念化。郭春阳： 可视化，软件。袁明哲： 撰写 – 审阅与编辑，项目

利益冲突声明

作者声明，不存在已知的可能影响本文所述工作的竞争性财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金（42606159）、浙江省自然科学基金（编号：QN26B070021）、宁波市自然科学基金（青年基金，编号：2024J449）、One Health跨学科研究项目（编号：NBUOH202605）以及宁波大学科研启动基金项目（编号：ZX2022000602和ZX2024000043）的资助。

郑天宇|陈梦洁|张碧雨|林子洋|苏浩盈|许一婷|郝天伟|王旭博|郭春阳|袁明哲