孕前接触全氟辛烷磺酸盐与神经发育障碍的风险：通过DNA甲基化干扰胎盘-大脑轴的作用机制

《Chemico-Biological Interactions》：Prenatal exposure to perfluorooctane sulfonate and the risk of neurodevelopmental disorders: Perturbation of placenta-brain axis through DNA methylation

　　

摘要

全氟和多氟烷基物质（PFAS）越来越多地与不良的神经发育结果相关联。胎盘作为母体环境与胎儿大脑发育之间的关键接口；然而，产前PFAS暴露与神经发育结果之间的表观遗传机制尚不完全明了。在这项研究中，我们探讨了母体接触全氟辛酸磺酸盐（PFOS）是否通过胎盘-大脑轴导致胎盘DNA甲基化改变以及早期生命神经发育结果。利用从上海出生队列（SBC）中选取的母婴对，我们对胎盘样本进行了全基因组DNA甲基化分析，发现母体PFOS水平与24个月时的认知评分呈负相关。PFOS暴露与胎盘甲基组的广泛改变有关，差异甲基化区域（DMRs）富含参与神经发育过程的基因。其中，MDGA1、AR、DCC、NFASC、ATP9A和ADAMTS19基于差异甲基化模式和网络分析被确定为候选基因，它们的甲基化改变与母体PFOS暴露和后代认知表现相关。这些候选的表观遗传改变在产前PFOS暴露的大鼠模型中进一步得到了验证，结果显示胎盘DNA甲基化的变化伴随着后代空间学习和记忆能力的损害。总体而言，我们的发现表明胎盘表观遗传失调可能是产前PFOS暴露与早期生命神经发育结果之间的潜在分子联系，强调了胎盘-大脑轴作为环境暴露敏感靶点的重要性，并为未来的研究提供了候选生物标记物。

引言

全氟和多氟烷基物质（PFAS）因其热稳定性、疏水性和疏油性而被广泛应用于各种消费品和工业产品中。然而，它们在环境中的持久性和生物累积潜力引发了严重关切。值得注意的是，长链PFAS如全氟辛酸（PFOA）、全氟辛酸磺酸盐（PFOS）和全氟己烷磺酸（PFHxS）在人体内的半衰期分别长达3年、5.4年和8.5年。因此，这些化合物在美国超过99%的人群中被检测到，表明其普遍存在。此外，由于PFAS生产线转移到了亚洲工厂，中国的PFAS含量持续增加，这引发了重大的公共卫生问题。

人类主要通过摄入受污染的食物和水暴露于PFAS。在怀孕期间，PFAS可以穿越胎盘屏障，导致胎儿暴露。越来越多的证据表明，产前PFAS暴露与儿童的多种不良健康效应有关，包括神经发育障碍（NDDs）。胎盘在胎儿大脑发育和编程中起着关键作用，越来越多的证据表明，围产期接触环境污染物可能破坏这一关键的胎盘-大脑轴。表观遗传调控，特别是DNA甲基化，已被认为是这些效应的潜在介质。Everson等人证明，PFAS暴露会干扰多个胎盘表观遗传位点，相关基因涉及生长过程、心血管健康和神经发育。同样，Xie等人报告称，与PFOA暴露相关的胎盘DNA甲基化变化主要富集在与血管生成和神经元信号传导相关的通路中。这些发现表明，胎盘DNA甲基化可能成为产前PFAS暴露与胎儿发育轨迹改变之间的机制性联系。具体来说，失调的胎盘表观遗传模式可能导致暴露后代的神经发育受损。然而，产前PFAS暴露、胎盘DNA甲基化和神经发育之间的相互作用仍不清楚。

尽管全球制造业逐渐转向使用短链和下一代替代品，但由于PFOS在环境中的持久性和较长的生物半衰期，它在孕妇和新生儿体内的负担仍然占主导地位。此外，在我们的研究人群中检测到的各种PFAS化合物中，PFOS仍然是主要成分之一。越来越多的流行病学和实验证据表明，产前PFAS暴露与不良神经发育结果有关；然而，尤其是涉及母体-胎儿界面的生物机制仍不清楚。

因此，本研究旨在探讨子宫内PFOS暴露是否通过胎盘DNA甲基化的改变影响后代的神经发育结果。为了解决这个问题，我们采用了综合的人类队列和动物模型方法。在人类研究中，我们分析了不同母体PFOS暴露水平的母婴对的胎盘DNA甲基化谱，并研究了它们与儿童神经发育结果之间的关联。然后，我们确定了与PFOS暴露和神经发育表现相关的候选表观遗传改变。为了提供额外的生物学支持，这些候选改变在产前PFOS暴露的大鼠模型中得到了进一步验证，观察到相应的胎盘甲基化变化和后代的神经行为缺陷。这些发现表明，PFOS可能通过胎盘的表观遗传重编程干扰胎盘-大脑轴，强调了胎盘DNA甲基化作为胎盘-大脑轴内潜在分子联系的重要性，并为未来的机制研究提供了候选目标。

章节片段

参与者招募

上海出生队列（SBC）是一项在中国上海进行的前瞻性观察性研究，旨在探讨产前因素对怀孕、妊娠结果、儿童生长发育和疾病风险的影响。在SBC中，孕妇在签署书面知情同意书后入选，并在整个妊娠期间被跟踪随访。妊娠早期收集了母亲血液和尿液样本，分娩时收集胎盘样本，随后跟踪观察后代。

参与者人口统计学特征

本研究选择了10名参与者（其中5人血浆PFOS水平高，5人水平低）。如补充表1所示，高剂量组（22.9 ± 13.9 ng/mL）的PFOS浓度显著高于低剂量组（6.8 ± 4.1 ng/mL）。所有参与者均未出现妊娠并发症，包括妊娠糖尿病和高血压疾病，也没有吸烟、饮酒或使用止痛药的历史。

讨论

我们的发现表明，胎盘DNA甲基化可能在母体PFOS暴露与24个月龄时认知发展之间的关联中起作用。这些结果表明，与母体PFOS暴露相关的不良神经发育结果可能部分归因于PFOS引起的胎盘DNA甲基化改变。

胎儿期是一个高度可塑和敏感的时期，在此期间，产前接触环境污染物可以改变胎儿的...（原文此处内容不完整）

结论

我们的发现表明，特定的胎盘DNA甲基化改变可能与产前PFOS暴露和早期生命认知发展有关。这些结果支持胎盘表观遗传调控可能参与产前PFOS暴露与神经发育结果之间的关系，强调了胎盘-大脑轴作为理解环境诱导发育效应的潜在框架。

CRediT作者贡献声明

吴文强：撰写、审阅与编辑、项目管理。张军：撰写、审阅与编辑、资金筹集、概念构思。冯丽萍：撰写、审阅与编辑、监督、项目管理、概念构思。刘永杰：撰写初稿、软件使用、实验设计、资金筹集。方芳：撰写、审阅与编辑、数据可视化、软件应用、方法学。张宝龙：撰写、审阅与编辑、软件应用、方法学、数据管理。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

数据和材料的可用性

数据可应合理要求提供。

研究伦理批准

本工作已获得上海交通大学医学院附属新华医院伦理委员会的批准，批准证明/证书可应要求提供。

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

数据和材料的可用性

数据可应合理要求提供。

研究伦理批准

本工作已获得上海交通大学医学院附属新华医院伦理委员会的批准，批准证明/证书可应要求提供。

资助

本研究得到了上海市科学技术委员会（24ZR1449400）、上海市公共卫生研究通用项目（2024GKM33）、“阳光与种子”儿童健康临床研究能力建设项目（Z-2019-41-2406）以及中国国家重点研发计划（2023YFC39005203）的支持。

利益冲突声明

作者声明没有已知的利益冲突或个人关系可能影响本文报告的工作。

刘永杰|方芳|张宝龙|赵艳君|Christine E. Crute|席艳萍|李伟|吴文强|张军|冯丽萍

中国上海交通大学医学院新华医院儿童环境健康重点实验室，上海，200092