血清全氟和多氟烷基物质（PFAS）与美国机场消防员表观遗传年龄及DNA甲基化的关联研究

《Environmental and Molecular Mutagenesis》：Associations of Serum Per- and Polyfluoroalkyl Substances (PFAS) With Epigenetic Age and DNA Methylation in US Airport Firefighters

专业摘要翻译 全氟和多氟烷基物质（PFAS）是一类因其防水和防油特性而被广泛应用于消费和工业领域的合成化学品。消防员在工作中可能通过防护装备、用于扑灭飞机和液体燃料火灾的水成膜泡沫（AFFFs）以及在灭火活动中接触其他可燃材料而暴露于PFAS。PFAS暴露与多种健康状况有关，包括癌症、肥胖、生殖问题和免疫抑制。表观遗传修饰可能是PFAS毒性的机制之一。在本研究中，研究人员利用表观遗传指标评估了PFAS血清浓度与（1）表观遗传衰老以及（2）免疫功能相关基因位点DNA甲基化之间的关联。研究人员通过Infinium EPIC芯片对来自消防员癌症队列研究中参与飞机救援和灭火任务的184名参与者的血液白细胞DNA甲基化进行了定量分析，并通过在线固相萃取液相色谱-同位素稀释串联质谱法测量了血清PFAS。研究人员观察到PFAS浓度与表观遗传时钟之间存在负相关，其中包括线性全氟辛酸（n-PFOA）与四种表观遗传时钟的关联（p?<?0.05）；然而，在敏感性分析中，大多数关联不再显著。研究人员观察到全氟癸酸（PFDA）、n-PFOA、支链全氟辛烷磺酸异构体总和与34个免疫相关基因内特定位点的差异甲基化之间存在关联（q?<?0.1）。进一步的研究有助于更好地理解观察到的差异甲基化对免疫健康的功能性影响。

论文解读文章

研究背景与目的

全氟和多氟烷基物质（PFAS）是一类人工合成的化学物质，因其优异的防水、防油特性，自20世纪40年代以来被广泛用于消费品和工业产品。由于PFAS含有强碳-氟键，这类化学物质在环境中降解缓慢，部分PFAS会随着反复的环境暴露在人体组织中生物蓄积。消防员这一职业群体面临多重PFAS暴露风险，其来源包括燃烧材料、防护装备、用于扑灭液体燃料火灾（如飞机火灾）的水成膜泡沫（AFFFs），以及火灾现场和工作场所的空气、粉尘和水污染。已有研究报告指出，与普通人群或其他职业工人相比，消防员的某些长烷基链PFAS血清浓度升高。尽管美国许多消防部门已逐步淘汰含PFAS的泡沫，但飞机消防领域的这一转型仍在进行中。

PFAS暴露已被证实与多种不良健康效应相关，包括多种癌症风险增加、生殖后果、发育与出生结局不良、代谢功能障碍、高胆固醇、甲状腺疾病、溃疡性结肠炎以及免疫抑制。表观遗传修饰被认为是PFAS毒性的潜在机制之一。表观遗传年龄是一种利用表观遗传标记（通常是DNA甲基化）来近似生物学年龄的生物标志物，其加速现象与癌症、死亡率、衰老相关的认知结果以及心血管健康下降有关。此前在消防员癌症队列研究（FFCCS）中的工作已报告了市政消防员中PFAS与表观遗传年龄加速之间的关联。

考虑到从事飞机救援与灭火（ARFF）的人员可能因AFFFs而暴露于更高水平的PFAS，同时还需承受所有消防员共有的其他常见暴露及日常环境中的背景暴露，阐明PFAS暴露对其健康的影响至关重要。本研究旨在利用表观遗传指标，评估ARFF消防员中PFAS血清浓度与表观遗传衰老以及与免疫功能相关靶基因DNA甲基化之间的关联。研究人员假设，血清PFAS浓度将与加速的表观遗传衰老相关，并且升高的血清PFAS浓度与免疫相关基因位点的差异DNA甲基化之间存在关联。

研究方法概述

本研究为横断面研究，研究对象为来自FFCCS的184名现役ARFF消防员，这些参与者于2019年至2020年从美国阿拉斯加、亚利桑那、加利福尼亚、佛罗里达、俄勒冈和华盛顿州的六个消防部门招募。研究人员通过问卷收集人口学、职业和健康信息，采集血液样本用于PFAS定量（血清）和DNA分离。PFAS定量由美国疾控中心（CDC）国家环境健康中心采用在线固相萃取液相色谱-同位素稀释串联质谱法完成，检测了九种PFAS。DNA甲基化通过Infinium Methylation EPIC芯片在超过850,000个CpG位点进行定量。表观遗传年龄通过七种时钟（Horvath、Hannum、PhenoAge、Skin-Blood、GrimAge、DunedinPACE和端粒长度DNAmTL）估算。研究人员通过文献检索确定了126个先前与PFAS暴露相关的免疫基因，分析了这些基因内3856个CpG位点的DNA甲基化数据。统计分析采用线性回归模型，针对表观遗传年龄和免疫基因DNA甲基化分别调整了不同的混杂因素。

研究结果

3.1 研究人群特征

研究样本主要为男性（88.6%），平均实际年龄为43岁，平均消防职业生涯年限为15年。23.9%的参与者曾有现役军事服役经历。大多数参与者为非西班牙裔白人（68.5%），绝大多数从未吸烟（89.1%）。

3.2 PFAS暴露评估

七种PFAS（n-PFOS、n-PFOA、PFDA、PFHxS、Sm-PFOS、PFNA和PFUnDA）在超过80%的参与者血清样本中被检出。MeFOSAA在29.9%的参与者中被检出。所有消防员的七种PFAS血清浓度总和均≥2 ng/mL，8.2%的消防员浓度总和≥20 ng/mL。n-PFOS、PFNA、PFDA、PFHxS和Sm-PFOS在男性中的浓度高于女性。n-PFOA、n-PFOS、PFNA、PFDA、PFHxS和Sm-PFOS与年龄和/或消防职业生涯年限呈显著正相关。

3.3 PFAS血清浓度与表观遗传年龄指标的关联

在校正后的线性回归模型中，PFAS与表观遗传年龄生物标志物之间的统计学显著关联较少。研究人员观察到n-PFOA浓度与四种时钟（Horvath、Hannum、PhenoAge和Skin-Blood）呈负相关（p?<?0.05），表明n-PFOA与表观遗传年龄减速相关。PFUnDA与Hannum时钟也观察到显著的负相关（p?=?0.05）。经Bonferroni校正后，仅n-PFOA与Skin-Blood时钟的关联保持统计显著性（校正后p?=?0.0315）。NASEM总和PFAS类别与任何表观遗传年龄指标均无关联。敏感性分析剔除四个潜在影响点后，n-PFOA与Skin-Blood以及PFUnDA与Hannum的关联仍保留名义显著性，但未达到Bonferroni校正阈值。

3.4 免疫基因DNA甲基化分析

三种PFAS（Sm-PFOS、n-PFOA和PFDA）与特定基因座的差异DNA甲基化相关，假发现率（FDR）校正后q值?<?0.1。这些PFAS共同与跨越34个免疫基因的53个独特CpG位点相关。Sm-PFOS与MCF2L2内的一个CpG位点呈负相关。n-PFOA与14个基因上的17个位点甲基化水平相关。PFDA与31个基因上的45个位点相关。PFDA和n-PFOA均与DDX60、DVL1、EBF1、PPP1R11、RADIL、RASGRP3、SCARB1、SLC11A1、STX18和SYTL2等基因的DNA甲基化相关。这些基因涉及抗病毒反应、T细胞活化、炎症反应调节和自然杀伤细胞信号传导等免疫功能。

讨论与结论

本研究发现，在ARFF消防员中，PFAS血清浓度与表观遗传衰老指标之间的统计学显著关联较少。观察到的主要是负相关，这与研究人员最初的假设（即较高PFAS浓度会加速表观遗传衰老）不符。研究人员将此前的发现与本研究的差异归因于职业共暴露、PFAS暴露谱、人口学特征、时钟构建和协变量调整的不同，以及抽样变异性和对影响观测值的敏感性。已有研究在PFAS与表观遗传衰老的关系上也呈现出不一致的结果，一些研究同样报告了负相关，但这并不代表PFAS具有保护作用或无不良健康效应。

研究人员报告了长烷基链PFAS（n-PFOA、Sm-PFOS和PFDA）与34个免疫相关基因内53个CpG位点DNA甲基化的显著关联。其中多个基因（如SCARB1、DDX60、PPP1R11、RASGRP3）参与先天免疫系统的关键过程，包括病毒进入细胞、抗病毒信号传导、T细胞活化和炎症反应调节。PFDA关联的差异甲基化位点数量最多，这与此前在市政消防员中的发现一致，并提示PFDA即使在相对较低的浓度下也可能是一种表观遗传毒物。

研究结论翻译

本研究评估了八种PFAS血清浓度与ARFF消防员中表观遗传年龄以及126个免疫相关基因内3856个CpG位点DNA甲基化之间的关联。研究人员观察到PFAS血清浓度与表观遗传年龄之间存在少数统计学显著关联。n-PFOA与四种表观遗传年龄指标（Horvath、Hannum、PhenoAge和Skin-Blood时钟）相关的表观遗传年龄显著减速，PFUnDA与Hannum时钟相关的减速也达到统计显著性。在初步分析中，仅n-PFOA与Skin-Blood时钟的关联在Bonferroni校正后仍然显著。排除影响观测值后，n-PFOA/Skin-Blood和PFUnDA/Hannum关联保留了名义显著性，但未能达到相同的Bonferroni标准。研究人员报告了PFDA、n-PFOA、Sm-PFOS与34个免疫基因上特定位点的DNA甲基化之间存在统计学显著关联（q?<?0.1）。尽管由于PFDA和PFUnDA血清浓度相对较低，研究人员建议谨慎解读结果，但这些数据增加了特定长烷基链PFAS与DNA甲基化组之间存在关联的证据。这些结果有助于理解PFAS免疫毒性的潜在机制。