《Journal of Environmental Sciences》：Identification of cardiotoxicity for liquid crystal monomers:
In vivo and
in vitro studies
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•LCM在斑马鱼中诱导发育毒性和心脏毒性。•LCM在斑马鱼中诱导心脏形态和心脏功能的变化。•线粒体功能障碍、氧化应激和离子失衡是其主要机制。•LCM干扰应激反应、炎症和代谢适应途径。引言液晶单体（LCMs）是一类广泛用于液晶显示的合成有机化学品，通常以由数十种不同LCMs组成
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LCM在斑马鱼中诱导发育毒性和心脏毒性。
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LCM在斑马鱼中诱导心脏形态和心脏功能的变化。
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线粒体功能障碍、氧化应激和离子失衡是其主要机制。
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LCM干扰应激反应、炎症和代谢适应途径。
引言
液晶单体（LCMs）是一类广泛用于液晶显示的合成有机化学品，通常以由数十种不同LCMs组成的复杂混合物形式存在（Ge等，2023；Liang等，2021）。LCMs通常含有联苯或双环己基分子骨架，并连接有酯基、炔基、环己基、氰基和氟原子等取代基（Li等，2018；Su等，2019）。其中，含氟液晶单体（FLCMs）由于其优异的稳定性好、高电压保持性和高电阻率等特性而尤为重要。迄今为止，已鉴定出一千多种LCMs（Su等，2022），其结构多样性导致环境行为各异。值得注意的是，已有报道指出FLCMs具有很强的疏水性、高生物蓄积潜力、持久性以及长距离大气传输能力（Ge等，2023；Li等，2021a；Liu等，2020；Wang等，2024；Zhu等，2022）。
此外，LCMs以非共价方式填充在两片偏光板之间，导致其在整个生命周期内释放到环境中。大量研究记录了LCMs在多种环境和生物基质中的广泛存在，包括空气（Lin等，2024；Su等，2019；Zhang等，2022）、土壤（Xie等，2024；Xu等，2025）、沉积物（Su等，2021；Tao等，2022）、垃圾填埋场渗滤液（Jin等，2022）和水生生物（Wang等，2022）。重要的是，LCMs已在人体血清中被检测到（Cheng等，2022；Li等，2022），证实了人体内部暴露。Cheng等（2022）发现电子废物回收工人中LCM浓度范围为3.9至26.3 ng/mL，而Li等（2022）报道最高浓度达到276 ng/mL。LCMs在血液中的存在意味着可直接灌注心脏组织，引发了对其潜在心脏毒性的担忧。此外，LCMs具有与典型污染物（如多氯联苯（PCBs）和多环芳烃（PAHs））相似的分子结构和血清污染水平（Han等，2025；Yang等，2024），提示其可能对心脏组织产生类似的氧化应激和代谢紊乱（Cunha等，2020；Liu等，2025）。然而，迄今关于单个LCM及其混合物的心脏毒性报道很少。
来自预测毒理学和实验研究（包括体内和体外）的越来越多的证据表明，LCMs可在不同的生物系统中诱导广泛的毒性效应，包括细菌（Huang等，2024；Woolverton等，2005）、水生生物（如藻类、水蚤、糠虾、鱼类）（He等，2024b；Li等，2025；Wang等，2022）和哺乳动物（如大鼠、小鼠、人类）（Ge等，2023；He等，2024c；Wang等，2024）。报道的毒理学效应包括急性水生毒性（He等，2024c）、神经毒性（Duan等，2025）、肝毒性（Li等，2025；Zhang等，2025b）、肾毒性（Peng等，2025）、生殖毒性（Wu等，2025；Zhang等，2025a）以及代谢和内分泌干扰（He等，2024b；Zhao等，2023）。已观察到LCMs对肝脏（Li等，2025；Zhang等，2025b）、肾脏（Peng等，2025）、肺（Jin等，2023）、眼睛（He等，2024a）和皮肤（Zhang等，2023）等器官的具体损害。已有报道指出FLCMs会蓄积在脂溶性组织中（Kong等，2023），并干扰甲状腺激素分泌（He等，2024a）以及改变血糖和脂质代谢（Yang等，2024）。此外，LCMs在实际应用中通常作为混合物而非单一组分使用（Ge等，2023；Liang等，2021），这可能导致不同于单个LCM的叠加或协同毒性效应。事实上，暴露于LCM混合物可诱导各种不良影响（Heldman等，2025；Jin等，2023；Su等，2019；Zhang等，2025a）。尽管已有上述发现，但单个LCM和LCM混合物引起的心脏毒性仍不清楚。因此，评估LCMs的心脏毒性并阐明其潜在机制至关重要。
体内和体外实验的结合对于评估化学物质引起的心脏毒性至关重要，既能进行表型筛选，又能阐明机制。斑马鱼（Danio rerio）已成为毒性评估的有力体内脊椎动物模型，这得益于其短繁殖周期、与人类的高度遗传同源性以及低实验成本（Shen和Zuo，2020）。此外，斑马鱼是研究人类心脏电生理学的合适模型，因为它与人类具有相似的心率和控制心脏动作电位动力学的主要离子通道的直系同源物（Bowley等，2022）。互补的是，AC16人类心肌细胞系为阐明心脏毒性的分子机制提供了有价值的模型。它与原代心肌细胞的遗传组成密切相关，使得能够进行体外心肌细胞发育、炎症、损伤、再生和毒理学效应研究。其独特的特性，包括发育响应和生理模拟，使其成为评估具有心脏毒性风险的环境化学品的合适模型（Lin等，2025）。
因此，本研究旨在通过结合体内和体外试验（图1），研究由四种广泛用于液晶制造类别的10种LCM混合物以及三种单个FLCMs（即4-乙氧基-2,3-二氟-4'-丙基联苯（2OdF3B）、4-[(4-丁基苯基)乙炔基]-1,2-二氟苯（FPme4Pa）和1-乙氧基-2,3-二氟-4-(4-丙基环己基)苯（2OdFP3cH））的心脏毒性，这三种FLCMs属于三个类别，从而使得能够对具有不同核心分子骨架的代表性市售FLCMs的心脏毒性进行比较分析。首先，评估了暴露于单个FLCMs和LCM混合物的斑马鱼的发育和心脏表型以及心脏功能。其次，进行了斑马鱼的氧化应激和凋亡检测。第三，基于各种生化检测、AC16细胞的RNA测序和生物信息学分析，探索了LCMs的毒性机制和途径。通过跨体内和体外模型的综合多评估方法，我们首次阐明了LCMs的心脏毒性及其机制。我们的发现可以增强对FLCMs毒性的理解，并强调未来风险评估的必要性。
章节摘要
化学物质与生物体
所有LCMs（纯度>99.0%）均购自石家庄业盛化
学科技有限公司（表S1）。杜氏改良伊格尔培养基/营养混合物F-12（DMEM/F12）和胎牛血清（FBS）购自赛默飞世尔科技公司（美国沃尔瑟姆）。磷酸缓冲液（PBS）和三氟甲磺酸甲酯（MS-222，≥99%）购自麦克林（上海，中国）。其他化学物质的更多信息见表S2。野生型AB
LCM在斑马鱼中诱导发育毒性和心脏毒性
斑马鱼胚胎暴露于LCMs后的存活率和孵化率分别如图S1和S2所示。所有三种单个LCMs在高浓度下在72 hpf时显示出83.33%–88.33%的存活率降低，而LCM混合物在24、48和72 hpf时表现出更显著的存活率降低（分别为81.67%、71.67%和66.67%），并且在所有时间点均具有更高的致死率（图S1），提示可能存在叠加或协同毒性
结论
本研究在个体和细胞水平上对三种单个FLCMs和LCM混合物的心脏毒性效应进行了全面评估。在细胞水平上，LCM暴露会诱导氧化应激，破坏Na+和Ca2+稳态，并与心肌细胞中线粒体功能障碍和能量代谢受损相关。此外，不同的FLCMs表现出不同的毒理学机制。核心代谢途径（如葡萄糖、氧化、脂质和氨基酸
CRediT作者贡献声明
王宇飞：撰写–原稿、调查研究、形式分析、数据整理。杨沁源：可视化、验证、调查研究。张李晓：方法论。唐明霞：方法论。魏高良：撰写–审阅与编辑、监督、概念设计。李超：撰写–审阅与编辑、方法论、资金获取、概念设计。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的与本文报道的工作有关的竞争性经济利益或个人关系。
致谢
本研究得到国家自然科学基金（项目编号：22376022和21976027）、东北师范大学青年人才攀登计划（项目编号：2412026PD003）和中央高校基本科研业务费（项目编号：2412022ZD055）的资助。
王宇飞|杨沁源|张李晓|唐明霞|伟高良|李超
