亲本氟化学品暴露后斑马鱼生殖和F1代发育改变：来自类固醇生成相关生物标志物的见解

《Journal of Hazardous Materials》：Reproductive and F 1 developmental alterations following parental fluorochemical exposure in zebrafish: Insights from steroidogenesis-related biomarkers

　　

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  亲本暴露于OBS、Et-PFOA和PFOSA干扰了斑马鱼的类固醇生成
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  亲本暴露后，F₁代子代表现出内分泌和发育效应
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  PFOSA导致的不良后果最为严重，而OBS的影响也不容忽视

引言

"斯德哥尔摩公约"对几种传统全氟和多氟烷基物质（PFAS），特别是全氟辛烷磺酸盐（PFOS）的全球限制，加速了结构修饰的氟化替代物及相关化合物在全球工业应用中的开发和使用[1], [2]。然而，C–F键的高稳定性也赋予了许多新兴氟化化学品强烈的环境持久性，导致它们在水生和陆生环境中被越来越多的检出[3]。例如，OBS作为中国PFOS的主要替代品之一，在氟化化学品制造区附近的表面水中已检测到较高浓度，周围环境介质中的水平比几种传统PFAS高出1–4个数量级[4]。中国和德国的河流调查也表明，传统和新兴PFAS广泛存在，包括含氟聚合物制造场所附近以HFPO-DA和DONA为代表的醚基替代物[5]。尽管传统PFAS残留量在监管控制下有所下降，但替代PFAS正变得日益重要的环境污染物。例如，2011年至2021年间，中国东部农业土壤中PFOS浓度下降了28.2%，而同期PFOA的替代品HFPO-DA却急剧增加了137%[6]。它们在水生环境中的浓度和相对贡献也在增加[7], [8]，表明PFAS法规已将环境暴露转向替代物和新兴氟化化学品[9], [10]。

更重要的是，几种新兴氟化化学品表现出生物蓄积潜力、体内持久性以及亲本或母体转移能力，这可能增加生殖和发育毒性的风险。例如，据报道F53-B会干扰亲本斑马鱼的内分泌稳态并诱导子代甲状腺激素紊乱[11], [12]。此外，传统水处理过程通常对PFAS的去除效率有限，区域工业活动可强烈影响自来水中的PFAS水平，表明人和生态暴露的潜在性持续存在[13], [14]。人体生物监测研究进一步在母血清、脐带血血清和胎盘样品中检测到新兴PFAS，包括6:2 Cl-PFESA、8:2 Cl-PFESA、6:2 FTSA和PFOPA，表明某些新兴氟化化学品可以在早期发育期间从母亲转移给后代[15], [16]。这些发现共同支持了更广泛的担忧，即亲本暴露于持久性氟化化合物可能通过亲本体重负担、生殖内分泌干扰或与配子相关的机制影响后代发育[17], [18]。

产前、早期生命或亲本暴露于新兴氟化化学品与多种不良结局相关，包括胎儿生长受损、胎盘功能障碍、神经发育改变、内分泌干扰、肝损伤、代谢障碍、生育力降低和后代发育异常[19], [20], [21]。实验证据进一步表明，即使胚胎或幼虫未直接暴露，后代效应也可能发生[22], [23]。例如，对全氟丁烷磺酸盐（PFBS）的生命周期暴露降低了海洋青鳉的生殖产出，改变了后代的性别比例，并导致后续世代的生殖损害[18]。来自PFBS暴露鱼类的机制证据表明，亲本PFAS暴露可能通过父本甲基化组遗传影响后代发育[23]。类似地，关于F-53B的两代斑马鱼研究报告了暴露亲本生殖能力降低以及后代胚胎畸形增加和存活率降低[24]。然而，与传统PFAS相比，氟化化学品的生殖内分泌毒性和代际发育效应仍缺乏充分表征。

类固醇生成可能代表了将亲本PFAS暴露与生殖产出受损和后代发育联系起来的关键生物学通路。类固醇激素，包括睾酮、雌二醇、孕酮及其下游代谢物，调节性腺成熟、配子发生、卵母细胞发育、生育力和早期发育能力[25], [26], [27]。因此，亲本性腺中类固醇激素生物合成的干扰可能损害生殖内分泌稳态并降低配子质量，从而增加F₁代异常发育的风险。以往研究表明，PFAS可干扰卵巢类固醇生成、性激素水平和内分泌相关基因表达、生殖产出和后代发育[28], [29], [30]。在生殖生物学中，卵泡和类固醇相关生化标志物也被用于评估卵母细胞质量和预测胚胎发育潜力[31], [32]。然而，对于新兴氟化化学品，反映亲本生殖内分泌干扰且可能与后代发育结局相关的类固醇生成相关卵巢代谢改变仍缺乏明确定义。识别这些候选代谢指标可能有助于提高对亲本生殖毒性的机制理解，并帮助指导比传统急性或亲本终点更敏感的的危害评估[33]。

选择OBS、Et-PFOA和PFOSA来比较结构不同的氟化化学品的生殖内分泌和后代发育反应。OBS是一种含有芳香磺酸酯基团和醚键的PFOS替代品，已在环境介质和鱼类中有记录的出现[34], [35]。PFOSA是一种含有磺酰胺的PFOS前体，其在鱼类中向PFOS的生物转化已被证实[36], [37]。Et-PFOA是PFOA的乙酯，已被用作氟化化学品合成的中间体，并且可以通过水解释放PFOA[38]。因此，纳入Et-PFOA是基于其合成作用和形成PFOA的潜力进行探索性危害表征，而非作为商业PFAS替代品。这些化合物共同为研究替代化学品和相关前体在生殖和发育效应方面的共性和化合物特异性提供了框架。

尽管PFAS相关生殖毒性的证据日益增加，但结构多样的新兴氟化化学品是否引发与后代发育受损相关的亲本内分泌干扰仍了解甚少。特别是，可能反映早期生殖毒性并潜在表明后代易感性的亲本性腺代谢改变尚未得到系统表征。我们假设，具有不同功能基团的氟化化学品将诱导卵巢类固醇生成相关代谢和内分泌稳态的化合物特异性改变，这些改变将与生殖功能受损和F₁代后代的发育异常相关。为了验证这一假设，成年斑马鱼暴露于OBS、Et-PFOA和PFOSA。评估了亲本生殖终点、卵巢代谢组学图谱、类固醇激素水平、类固醇生成相关基因表达和F₁代发育结局，以表征与亲本暴露相关的化合物特异性生殖内分泌反应和后代发育效应。

章节摘要

化学物质与暴露设计

2-((全氟壬氧基)苯磺酸钠（OBS，纯度≥95%）、全氟辛酸乙酯（Et-PFOA，纯度≥97%）和全氟辛烷磺酰胺（PFOSA，纯度≥95%）购自上海麦克林生化科技有限公司（中国上海）。这些化合物的详细信息见表S1。储备液用DMSO配制，工作液在暴露前通过系列稀释新鲜配制。各

亲本暴露干扰了类固醇激素稳态、生育力和卵巢成熟

亲本暴露于OBS、Et-PFOA和PFOSA以化合物特异性的方式改变了成年斑马鱼循环类固醇激素水平（图1A-C）。在每个鱼缸的混合血样中测量睾酮（T）和雌二醇（E₂），每个血样由四条雄鱼和四条雌鱼的血组成。因此，结果代表混合性别、缸级测量，并未区分雄性和雌性之间的激素反应。暴露于三种化合物后，T水平显著升高，从

讨论

以往研究报告指出，PFAS暴露可改变鱼类中的类固醇生成基因表达和性激素平衡[28], [29], [52]。Yang等（2022年）报道，在PFOA暴露的雌性小鼠中，孕酮和孕烯醇酮水平呈剂量特异性下降，而睾酮水平和卵巢cyp19a1表达增加[53]。在本研究中，亲本暴露于OBS、Et-PFOA和PFOSA与卵巢类固醇生成相关代谢改变、循环激素

环境意义

对包括PFOS和PFOA在内的传统PFAS的限制凸显了评估氟化替代品和相关化合物生殖和发育危害的必要性。在急性毒性归一化名义浓度下，亲本暴露于OBS、Et-PFOA和PFOSA与卵巢类固醇生成相关代谢改变和不良的生殖及后代发育结局相关。整合代谢组学和表型分析进一步强调了

CRediT作者贡献声明

胡宗奇：撰写—审阅与编辑，研究，数据整理。刘凯：研究，数据整理。王瑞：撰写—初稿，研究，数据整理。刘经松：撰写—审阅与编辑。张泉：撰写—审阅与编辑，方法学，概念化。王易翔：撰写—初稿，概念化。陆媛媛：数据整理。少俊杰：研究，形式分析。

利益冲突声明

作者声明他们不存在已知的竞争经济利益或个人关系可能影响本文所报道的工作。

致谢

本研究得到浙江省自然科学基金（LRG25B070001）、国家自然科学基金（22276173，22476182）、浙江省"尖兵""领雁"研发攻关计划（2024C03233）和国家绿色化学合成与转化重点实验室研究计划（SKLGSC-ZZ-202617）的支持。

支持信息

支持信息包含详细的实验方案（文本S1–S3）、分析方法和质量控制程序（文本

王瑞|胡宗奇|刘凯|少俊杰|王易翔|陆媛媛|刘经松|张泉