PFOA与六氟环氧丙烷（HFPO）同系物的环境赋存及结构依赖的神经内分泌毒性：高阶同系物与甲状腺激素受体β（TRβ）信号的可能关联

《Emerging Contaminants》：Environmental occurrence and neuroendocrine toxicity of PFOA and hexafluoropropylene oxide homologues

　　

六氟环氧丙烷（hexafluoropropylene oxide, HFPO）同系物日益被视为全氟辛酸（perfluorooctanoic acid, PFOA）的全氟烷基醚羧酸（perfluoroalkyl ether carboxylic acid）替代物，但高阶同系物的环境相关性和神经内分泌危害仍定义不足。在此，研究人员结合太湖沉积物监测、转基因斑马鱼成像和受体结合试验，评估PFOA、HFPO-DA、HFPO-TA和HFPO-TeA。PFOA和HFPO同系物在沉积物中被频繁检出。在斑马鱼幼鱼中，暴露诱导发育和行为异常，改变甲状腺激素稳态和甲状腺轴基因表达，并扰乱神经递质代谢。通过使用Tg(hb9)、Tg(tg)和Tg(gad1b)斑马鱼，本研究进一步可视化运动神经元轴突、甲状腺组织发育和GABA能（GABAergic）神经元损伤，将生物体表型与神经内分泌特异性靶点联系起来。在响应终点上，毒性总体遵循HFPO-DA < PFOA < HFPO-TA < HFPO-TeA。分子对接（molecular docking）和微尺度热泳（microscale thermophoresis, MST）衍生的结合亲和力支持甲状腺激素受体（thyroid hormone receptor）信号在HFPO诱导的神经内分泌效应中的可能作用。这些发现提示，高阶HFPO同系物，尤其是HFPO-TA和HFPO-TeA，在全氟和多氟烷基物质（per- and polyfluoroalkyl substances, PFAS）替代物监测和风险评估中值得更多关注，即使传统风险商（risk quotient, RQ）估计提示低风险。

该研究聚焦PFOA（全氟辛酸，perfluorooctanoic acid）与HFPO（六氟环氧丙烷，hexafluoropropylene oxide）同系物的环境赋存和神经内分泌毒性。背景上，PFOA全球限制和淘汰推动PFAS（全氟和多氟烷基物质，per- and polyfluoroalkyl substances）替代物开发；HFPO-DA（HFPO二聚酸，dimer acid）、HFPO-TA（HFPO三聚酸，trimer acid）和HFPO-TeA（HFPO四聚酸，tetramer acid）保留PFOA许多理化性质，但醚键改变环境归趋和毒理行为。监测显示其在水、沉积物和生物中广泛存在，HFPO-TA在制造设施下游可达较高浓度，HFPO-TA/TeA在太湖流域等检出呈上升趋势，且具有持久性、可生物利用并可能营养级传递。然而，毒理学信息有限，尤其高阶同系物在等暴露条件下相对毒性和神经内分泌危害不明；甲状腺激素是早期神经发育关键调节因素，PFOA可扰乱HPT轴（下丘脑–垂体–甲状腺轴，hypothalamic–pituitary–thyroid axis），故需比较HFPO同系物神经内分泌毒性。研究人员结合太湖沉积物监测、转基因斑马鱼成像和受体结合试验，评估四种化合物，发现毒性总体HFPO-DA < PFOA < HFPO-TA < HFPO-TeA，TRβ（甲状腺激素受体β，thyroid hormone receptor beta）信号可能参与，提示高阶HFPO同系物在监测和风险评估中需更多关注，即使传统RQ（风险商，risk quotient）估计低。

关键技术方法：沉积物样本来自中国太湖调查，采用UHPLC–MS/MS（超高效液相色谱–串联质谱，ultra-high-performance liquid chromatography coupled with tandem mass spectrometry）定量目标物并计算RQ；斑马鱼实验使用AB系及Tg(hb9:eGFP)、Tg(tg:eGFP)、Tg(gad1b:mCherry)转基因品系，后者获自中国科学院水生生物研究所，在等摩尔浓度下比较暴露；开展形态与行为观察、荧光成像、甲状腺激素UPLC-MS/MS、qPCR（实时定量聚合酶链反应，quantitative real-time PCR）、靶向神经递质代谢组学、分子对接和MST（微尺度热泳，microscale thermophoresis）检测TRβ结合。

结果部分：
3.1 环境赋存与生态风险表征：太湖沉积物中PFOA和HFPO同系物广泛检出，PFOA和HFPO-TA检出频率100.0%，HFPO-DA和HFPO-TeA为90.0%；具有PNEC（预测无效应浓度，predicted no-effect concentration）的化合物RQ均低，HFPO-TeA因无适用PNEC未计算。结论是目标物在区域沉积物中常见，为后续毒性比较提供环境背景。
3.2 HFPO同系物诱导斑马鱼胚胎差异发育毒性和运动损伤：暴露至144 hpf，各处理死亡率与心率无显著差异；HFPO-DA 2.5 μM、HFPO-TA 0.25 μM及HFPO-TeA各浓度降低体长，眼面积和泳囊面积部分改变；2.5 μM光暗刺激下HFPO-TeA总移动距离显著降低。结论为HFPO-TeA发育和行为毒性最强，HFPO-DA相对轻微。
3.3 HFPO同系物扰乱甲状腺功能而无明显甲状腺形态改变：
3.3.1 Tg(tg:eGFP)斑马鱼甲状腺原基：荧光面积和甲状腺长度无显著差异，无浓度依赖，提示未见明显甲状腺原基形态改变。
3.3.2 甲状腺激素谱：2.5 μM下T₄下降，HFPO-TeA显著；T₃和T₃/T₄改变；3-T₂在所有处理组降低，rT₃和T₀无显著差异；HFPO-TeA激素扰动最强，T₃在0.025 μM升高后随浓度下降。结论为甲状腺激素稳态被扰乱而形态缺陷不明显。
3.3.3 甲状腺相关基因表达：qPCR显示甲状腺发育、合成/代谢和HPT轴基因呈化合物特异性改变；crhb和tshβ在HFPO-TA/TeA中下调；thrb在几乎所有处理组一致下调，HFPO-TA/TeA更明显。结论为TRβ相关甲状腺激素信号是最敏感分子终点之一。
3.4 PFOA和HFPO同系物损害转基因斑马鱼神经发育：Tg(hb9:eGFP)中HFPO-TeA 0.25和2.5 μM降低运动神经元轴突长度；Tg(gad1b:mCherry)中HFPO-TA和HFPO-TeA降低GABA能神经元荧光强度；PFOA和HFPO-DA无显著变化。结论为神经发育毒性排序HFPO-DA≈PFOA < HFPO-TA < HFPO-TeA。
3.5 PFOA和HFPO同系物扰乱神经递质稳态：靶向代谢组学显示随浓度增加处理组与对照分离，HFPO-TeA效应最强；0.25 μM时DOPAC（3,4-二羟苯乙酸）、KYN（犬尿氨酸）、3-MT（3-甲氧酪胺）升高，2.5 μM时DOPAC、DA（多巴胺）、GABA（γ-氨基丁酸）、TRP（色氨酸）变化明显，通路富集指向多巴胺能和GABA能代谢。结论为浓度依赖性神经递质紊乱，HFPO-TeA最强。
3.6 PFOA和HFPO同系物与甲状腺激素受体的结合亲和力：分子对接表明化合物可占据TRβ配体结合口袋，对接分数顺序为HFPO-DA < PFOA < HFPO-TA < HFPO-TeA；MST测得的K_d显示HFPO-TA和HFPO-TeA对TRβ结合强于PFOA，HFPO-DA最弱，排序与毒性一致。结论为HFPO同系物对TRβ存在结构依赖性结合增强。

讨论部分认为，响应终点总体毒性模式一致，HFPO-TeA最强、HFPO-TA次之，HFPO-DA和PFOA较弱，提示HFPO同系物寡聚化与分子复杂性可能影响生物活性；醚键并不必然降低环境持久性、生物累积或毒性。心率未显著改变不代表无心脏效应。甲状腺原基形态正常而激素和基因表达改变，说明功能扰动可能早于结构异常，其中3-T₂一致下降提示甲状腺激素周转和脱碘代谢受影响。神经发育和神经化学改变与甲状腺信号相关，但研究未直接建立因果关系。TRβ相关信号可能是潜在分子通路，thrb下调、对接和MST结果与毒性排序一致；但受体结合不等于激活或抑制，其他机制可能参与，需拮抗剂、TRβ敲低/敲除、救援实验和报告基因验证。环境风险方面，RQ低但HFPO-TA/TeA频繁检出且毒性较强，HFPO-TeA无PNEC，传统RQ可能无法覆盖早期神经内分泌终点、慢性、混合物和结构依赖毒性。局限包括TRβ通路仍为假设、暴露浓度高于天然水且未测内暴露、仅早期生命阶段。意义在于高阶HFPO同系物神经内分泌毒性更强，应把结构–活性关系和敏感神经内分泌终点纳入PFAS替代物安全评价。

结论翻译：本研究评估了PFOA和三种代表性HFPO同系物HFPO-DA、HFPO-TA和HFPO-TeA的环境赋存与神经内分泌毒性。太湖沉积物中检出PFOA和HFPO同系物，而计算得到的RQ值表明，在现有风险商框架下，具有可用PNEC的化合物生态风险较低。在斑马鱼中，暴露于这些化合物扰乱甲状腺激素稳态、改变甲状腺相关基因表达、损害神经发育并扰乱神经递质代谢。在响应生物终点中，总体毒性通常遵循HFPO-DA < PFOA < HFPO-TA < HFPO-TeA，提示HFPO同系物存在结构依赖性毒性模式。生物响应、TRβ相关转录变化和TRβ结合亲和力之间的一致性进一步提示，甲状腺激素受体信号可能参与观察到的神经内分泌效应。尽管当前生态风险估计较低，但高阶HFPO同系物的频繁检出和相对较强毒性表明，HFPO-TA和HFPO-TeA在未来监测和风险评估中不应被忽视。这些发现支持将结构–活性关系和敏感神经内分泌终点纳入新兴PFAS替代物的安全评价。