将PFAS研究范围拓展至脂肪组织

《Environmental Science & Technology》：Expanding the Scope of PFAS Research to Include Adipose Tissues

　　

摘要：人类和野生动物脂肪组织中全氟和多氟烷基物质(PFAS)的存在及负荷是PFAS暴露研究中一个尚未充分考察的维度。尽管大多数PFAS研究集中于蓄积于肝脏和血液等组织中的离子型物质，但越来越多的证据表明，一系列性质独特且多样化的中性PFAS可在脂肪组织中发生生物蓄积。本展望文章综合了近期数据，阐明了部分与脂肪组织相关的PFAS对整体身体负荷的重要贡献，应用量子化学建模方法举例说明了可能分配进入脂肪组织的其他PFAS，并探讨了迄今限制其检测的分析盲区。研究人员（原“我们”，下同）的研究表明，某些中性PFAS具有与历史遗留持久性有机污染物(POPs)相当的分配特性，若其具备足够的持久性，则可在脂肪组织中发生生物蓄积。研究人员进一步概述了在富含储存脂质的基质中提取、检测和定量中性PFAS所面临的分析挑战，并讨论了其对暴露评估、毒理学和环境监测的影响。最后，研究人员明确了关键的研究需求，并呼吁采用能够覆盖PFAS生物蓄积完整化学空间的扩展监测策略。

**扩大PFAS研究范围以纳入脂肪组织：一篇论文解读**

**1. 研究背景与问题提出**

全氟和多氟烷基物质(PFAS)因其在現代社会中的广泛使用和环境持久性，已成为全球分布的 environmental contaminants。根据经济合作与发展组织(OECD)的定义，凡含有至少一个CF₂或CF₃基团的物质均属PFAS范畴，PubChem数据库中满足该定义的候选结构超过七百万种，涵盖了从亲水性低分子量离子到疏水性大分子聚合物的广阔化学空间。

然而，当前PFAS研究存在显著的偏向性。研究最深入的PFAS类别——全氟烷基酸(PFAAs)在生理pH下完全离子化，主要蓄积于富含磷脂和蛋白质的组织如肝脏和血液中，这些基质传统上是发现新型生物蓄积性PFAS的首要对象。相比之下，作为大多数历史遗留持久性有机污染物(POPs)生物蓄积主要部位的脂肪组织，在PFAS研究中却被长期忽视。Web of Science检索结果表明，涉及"PFAS"与"脂肪/储存脂质"的摘要关键词仅有19条结果，而涉及"PFAS"与"肝脏/血液"的则有1159条（检索日期2025-12-20），这一悬殊差距凸显了该研究领域的巨大盲区。

脂肪组织主要由中性储存脂质（如三酰甘油）构成，其占体重的比例在人群和野生动物种群中差异显著。基于美国国家健康与营养调查(NHANES)数据的研究显示，男性和女性平均体脂率分别为28%和40%；在海洋哺乳动物中，脂肪组织可高达总体质量的50%。忽视脂肪组织可能导致对人和野生动物PFAS总体负担的显著低估。

基于上述背景，本研究旨在实现三个主要目标：（1）强调在脂肪组织和环境有机相中检测到的一系列新型中性PFAS；（2）应用量子化学建模评估这些物质向储存脂质分配的倾向；（3）识别当前阻碍PFAS全面暴露评估的分析盲区。

**2. 研究采用的主要技术方法**

研究人员主要运用以下几种关键技术方法开展研究：一是采用基于量子化学的COSMOtherm模型，对36种新型中性含氟物质的平衡分配比（包括辛醇-水分配比K_ow、辛醇-空气分配比K_oa和空气-水分配比K_aw）进行预测计算；二是采用多参数线性自由能关系(PP-LFER)模型预测部分已知PFAS的分配行为；三是综合文献数据对已报道的PFAS组织分布实测数据进行再分析，包括北大西洋长肢领航鲸(Globicephala melas)和格陵兰虎鲸(Orcinus orca)的鲸脂与肝脏中全氟辛烷磺酰胺(FOSA)和全氟辛烷磺酸(PFOS)浓度及负担的对比计算；四是将新型中性PFAS的分配特性与历史遗留POPs（如多氯联苯(PCBs)、六氯苯(HCB)、滴滴涕(DDT)和六氯环己烷(HCHs)）进行对比评估。

**3. 研究结果**

**3.1 脂肪组织中PFAS蓄积的经验证据**

**(N-烷基)全氟烷烃磺酰胺类((P)FASAs)**

(P)FASAs是全氟烷基酸(PFAAs)的半持久性中性和/或弱酸性前体物质，在环境中广泛存在，其生物蓄积性和毒性可能高于具有相同全氟碳链长度的PFAAs。对北大西洋长肢领航鲸和格陵兰虎鲸的组织分布评估显示，鲸脂中的浓度比肝脏低1-2个数量级；但考虑到鲸脂占总体质量的比例远超肝脏，以固定组织质量分数估算，鲸脂中的FOSA负荷可达肝脏的0.9-2.6倍，而PFOS仅为肝脏的0.3-1倍。这表明(P)FASA比离子型PFAS对脂肪组织具有更高的亲和力。

此外，FOSA和N-甲基全氟辛烷磺酰胺乙酸(MeFOSAA)已在瑞典和中国的母乳中被检出。MeFOSAA从母体血浆到母乳的转移效率(6.75%)显著高于PFAAs(0.20-2.08%)，反映其相对于完全离子化的PFAAs具有显著更低的酸性（即更高pKa）。挪威和美国的配对全血、血清和血浆样本测量显示，全血中FOSA浓度比血清和血浆高1-2个数量级，而PFOS和全氟辛酸则约为0.5倍。

**氟调聚物砜类(FT-sulfones)**

在格陵兰虎鲸鲸脂中发现高浓度未鉴定可提取有机氟(EOF)后，首次在野生动物中确认了一系列氟调聚物砜类物质（包括12:2和10:2氟调聚物甲基砜、12:2和10:2氟调聚物一氯甲基砜及双(6:2氟调聚物)砜）。这些物质在相同动物的肝脏中未被检出，且解释了鲸脂中34-75%的EOF，其鲸脂总质量负荷估计是先前在肝脏中定量的PFAS的两倍以上。在波罗的海、北极、挪威湖泊、美国切萨皮克湾的沉积物以及西班牙的污水处理厂进水和出水、河水中的检出表明此类物质分布广泛。

**氟化液晶单体(LCMs)**

氟化LCMs广泛应用于显示设备中，已从文献和专利中鉴定出578种，其中部分满足PFAS定义。由于与某些历史遗留POPs结构相似，LCMs作为潜在持久性、生物蓄积性和毒性物质日益受到关注。共有13种满足OECD定义的PFAS的LCMs（包括DTMDEB和TPrTT等）已在人类血清和母乳样本中检出，小鼠和斑马鱼的体内暴露实验进一步证实了氟化LCMs的脂肪趋向性。

**3.2 非生物环境有机相中的新型中性PFAS**

在室内灰尘中首次鉴定出氯氟邻苯二甲酰亚胺类物质，其结构与已知的持久性生物蓄积性阻燃剂相似；同研究还检测到氯氟烷烃类物质。在受造纸厂影响的挪威湖泊沉积物中，氟调聚物硫醇和二硫化物的水平比同湖中氟调聚物磺酸盐的总浓度高3倍。氟化甲基硅氧烷（包括D3F和D4F）于2014年首次被报道为环境污染物，后续在中国制造厂附近沉积物、污泥和生物固体改良土壤中发现了高出数个数量级的浓度。

**3.3 中性PFAS分配性质的预测**

应用PP-LFER模型和COSMOtherm模型的平衡分配比预测表明，(P)FASAs及其类似物倾向于分布在通用环境（空气、水和有机相体积比为10⁶:10³:1）的有机相中，与其在脂肪组织中的检出情况吻合。新增的36种中性含氟物质的预测结果显示，大部分物质在有机相的平衡质量超过50%。某些侧链PFAS单体、氟化LCMs、氯氟烷烃和FT-sulfones表现出与历史遗留POPs（如PCBs、HCB、DDT和HCHs）一致的分配特性。这些结果表明，某些中性PFAS只要具备足够的持久性，就可能通过传统的食物网生物蓄积机制在脂肪组织中蓄积。

**3.4 中性PFAS在脂肪组织中生物蓄积的热力学控制**

有机化学中氟取代氢会增加摩尔体积，大摩尔体积分子在任何吸收相中都需要较大的空穴，这在水中能量代价高昂，因此高氟化程度增加了疏水性和K_ow值。然而，PFAS的体积范德华相互作用势相对较低，导致其从任何凝聚相的挥发性高于非氟化类似物。通常监测的中性PFAS如氟调聚物醇(FTOHs)和氟调聚物甲基丙烯酸酯(FTMACs)具有低K_oa和高K_aw，易挥发进入大气，未见生态系统中的生物蓄积报道。但含有高极性官能团的中性长链PFAS（如FT-sulfones）和仅含单一三氟甲基部分的大分子碳氢有机分子（如氟化LCMs），对凝聚相具有足够的亲和力，可像历史遗留POPs一样在脂肪组织中蓄积。

**3.5 脂肪组织蓄积PFAS的搜寻策略**

鱼类肌肉和肝脏组织仍是野生动物PFAS监测的主要基质，而卵、脂肪组织、血液和母乳的分析频率较低。常规PFAS提取程序使用极性溶剂，虽对PFAAs有效但对中性物质不太适用。氟化LCMs的提取涉及己烷混合物和弗罗里硅土净化，这些方法及最初为历史遗留POPs开发的方法可能适用于筛选更广范围的中性PFAS。

仪器分析方面，液相色谱-电喷雾电离-高分辨质谱(LC-ESI-HRMS)主要适用于可电离物质，其对新PFAS结构的适用性可能不足10%。大气压化学电离(APCI)和大气压光致电离(APPI)提供了改善中性PFAS电离的可能。气相色谱(GC)方法可补充覆盖化学空间，近期已建立了涵盖超过1900个电子电离和正化学电离谱图的GC-HRMS PFAS谱库。常压质谱结合等离子体基电离技术（如实时直接分析(DART)和激光诱导等离子体电离）以及¹⁹F核磁共振(¹⁹F-NMR）波谱法也具有广泛覆盖的潜力，但¹⁹F-NMR仍面临灵敏度和谱峰重叠的困难。

**4. 讨论与结论**

**4.1 讨论**

经验测量已鉴定出一小组在脂肪组织中生物蓄积的中性PFAS，模型预测（其中部分首次在此报道）表明可能还存在许多其他此类PFAS。缺乏对这些物质的系统研究可能导致总PFAS暴露负荷被低估。海洋哺乳动物鲸脂的非靶向筛选已标记出超过300种潜在未知有机氟化合物，印证了上述判断。

PFAS在脂肪中的存在可能具有独特的毒理学意义。人类中胰高血糖素样肽-1(GLP-1)受体激动剂使用的快速增长可能代表一种未被探索的污染物动员途径——随着脂肪储备快速消耗，污染物可能被释放入血液，并进一步在剩余脂肪中浓缩。类似的自然过程发生在北极野生动物中，在温度波动、食物可获得性变化以及迁徙、繁殖和换毛的能量消耗驱动下，季节性脂肪动员可将脂肪组织中的污染物释放到血液中，有可能到达重要器官。

**4.2 研究结论**

研究人员呼吁加强对这类新型PFAS的研究，包括分析方法、来源、组织分布、毒理学效应、持久性和分配行为，以提高PFAS风险的整体评估能力。具体而言，未来PFAS监测应扩展至富含脂质的组织和生物体液（如母乳、脂肪组织、全血、卵），并纳入针对这些基质优化的更新制备方法。计算化学工具为从现有清单中优先筛选倾向于分配进入脂肪组织的PFAS提供了有价值的途径，但可靠的中性PFAS实验分配数据仍然有限，制约了模型训练和预测精度。这项发表在《Environmental Science 》上的研究强调了将脂肪组织纳入PFAS常规监测框架的紧迫性，对于完善PFAS暴露评估、理解其毒理学意义以及制定有效的环境监测策略具有重要的科学和政策意义。