供稿：韩文卓，武汉大学
校稿：冯甜，武汉大学
推送：冯甜，武汉大学
今天给大家分享的文献发表在Environmental Science & Technology上，标题为Thyrotoxic Effects of Mixed Exposure to Perfluorinated Compounds: Integrating Population-Based, Toxicogenomic, Animal, and Cellular Evidence to Elucidate Molecular Mechanisms and Identify Potential Effector Targets，通讯作者是的上海市疾病预防控制中心的陶功华、上海交通大学医学院附属上海第九人民医院黄埔分院的张凌和复旦大学公共卫生学院环境卫生系的郑唯韡教授。
全氟和多氟烷基物质（PFAS）是现代化学工业的产物，广泛应用于食品包装、消防泡沫、纺织品等多个领域。这些化合物在环境中持久存在，并可生物累积到有毒水平，对人体健康构成重大威胁。PFAS暴露已被证实与多种不良健康结果相关，包括心血管疾病、癌症、骨质疏松症和生殖障碍。
PFAS对甲状腺功能的影响尤为显著，可能导致甲状腺功能紊乱甚至甲状腺癌。PFAS通过干扰甲状腺激素的正常合成和分泌，破坏甲状腺的稳态，增加患甲状腺疾病的风险。此外，研究还发现PFAS暴露与甲状腺癌之间存在显著关联。本研究旨探究PFAS暴露导致甲状腺疾病发展的机制、关键调控途径和预防和治疗靶点。
作者从2021年到2023年，在中国上海社区建立了一个包含318名年龄范围11~80岁的健康个体的社区基线队列，并进行了超过6个月的流行病学调查。在318名参与者中，男性95人，女性233人，平均年龄分别为55.09岁和51.12岁。所有参与者都通过甲状腺超声检查诊断是否患有甲状腺结节。使用加权分位数回归（WQS）模型来估计每个PFAS化学物质的贡献，并使用贝叶斯核机器回归（BKMR）阐明它们的剂量-反应关系。如图1A-C所示，调整性别和年龄后，BKMR分析显示PFAS混合物暴露对甲状腺刺激激素（TSH）和甲状腺过氧化物酶抗体（TPOAb）的总体风险效应随着暴露浓度增加而增加。当lg转换的PFAS浓度达到某一百分位数时，与中位浓度相比，TSH水平和其95%置信区间的估计差异显示出不显著的正相关。如图1D所示，PFAS混合物对甲状腺球蛋白和游离甲状腺素（FT4）的总体风险效应不确定。如图1E所示，PFAS混合物对游离三碘甲状腺原氨酸（FT3）的总体风险效应显示出显著负相关。如图1F所示，PFNA（con PIP = 0.9704）是混合物总体效果的主要贡献者。如图1G、1H所示，各暴露之间无相互作用。
图1 PFAS混合物对中国上海社区人群甲状腺功能指标的总体影响（n = 265），使用经性别和年龄调整的BKMR模型。
WQS建模结果显示PFAS混合物与FT4之间存在显著相关性。如图2A所示，主要由PFHxS（63.9%）和PFHpA（22.8%）组成的混合物指数与FT4水平呈正相关。如图2B所示，主要由PFHpA（39.4%）、PFUnDA（26.6%）、PFHxS（16.9%）和PFDA（12.3%）组成的混合物指数与FT4呈负相关。如图2C所示，主要由PFHxS（40.1%）、PFHpA（28.5%）和PFOS（23%）组成的混合物指数与FT3之间也存在正相关。如图2D所示，主要由PFUnDA（40.8%）、PFHpA（37%）和PFNA（19.6%）组成的混合指数与FT3呈负相关。
图2 社区人群（n = 265）血清PFAS浓度与甲状腺功能指标相关性图，采用年龄、性别调整后的WQS模型。
利用比较毒理基因组数据库（CTD），七个目标PFAS（PFOS、PFOA、PFNA、PFDA、PFUnDA、PFHxS、PFHpA）基因数据集进行分析。如图3A、3B所示，识别出与PFAS和甲状腺疾病相关的27个共同基因。进一步使用Gene MANIA对这些基因之间的相互作用进行分析。如图3C所示，发现86.32%的基因共表达。
通过Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes（KEGG）富集分析。如图4A、4B、4C所示，与甲状腺疾病发展相关的五个主要信号通路：PPAR信号通路、丁酸代谢、缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸降解、脂肪细胞因子信号通路以及脂肪酸代谢通路。
如图3C所示，为了确定关键蛋白，本研究通过包含23个节点和35个边的蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）网络分析了蛋白质的相互关系和功能。对该网络的进一步分析，如图4C所示，揭示了排名前十位的基因：Hmgcs2、PPAR α、Cyt1a、Fasn、Cyp7a1、Abcal、Ehhadh、Pparg、Hmgcs1和Nrli2，它们都与脂质代谢密切相关。
图3 CTD数据库分析结果
本研究使用C57/6J小鼠建立小鼠暴露模型，将分别暴露于不同浓度目标PFAS混合物的小鼠随机分配到四个组（Control、1MIX、2MIX、4MIX），每天通过灌胃给药方式进行持续28天的PFAS暴露，血清PFOS水平在暴露期间达到了约8434 ng/mL。
使用RT-PCR评估相关基因的mRNA表达变化。如图5A、5B所示，混合PFAS暴露显著影响了脂质代谢相关基因的表达，例如Hmgcs2、PPAR α、Cyt1a、Fasn、Abcal、Ehhadh和Nrli2等。Hmgcs2基因的表达随剂量的增加先升高后降低；PPAR α基因的表达呈先下降后上升的倒钟形曲线；Cyt1a基因mRNA水平在3.5 mg/kg和7 mg/kg时均显著升高；3.5 mg/kg时Fasn基因mRNA表达量显著升高；Cyp7a1基因mRNA水平随剂量增加而显著升高，呈倒钟形曲线。Abcal基因mRNA水平在3.5和7 mg/kg剂量下均随剂量增加而显著升高；Ehhadh基因mRNA水平随剂量增加而逐渐升高，呈线性剂量-反应关系，在剂量为14 mg/kg时达到显著水平；Pparg基因的mRNA水平在3.5 mg/kg时呈下降趋势，在7和14 mg/kg时呈上升趋势；Hmgcs1基因mRNA表达量随剂量增加逐渐增加，在7 mg/kg时达到显著水平；Nrli2基因的mRNA水平在0.5 mg/kg时下降。
采用Nthy-ori 3−1细胞系进行转录组测序，采用的暴露浓度为社区居民体内PFOA、PFOS、PFHxS、PFNA、PFDA、PFHpA和PFUnDA的中位浓度。Nthyori 3−1细胞转录组测序显示，与对照组相比，1MIX、5MIX和25MIX组的差异表达基因数量分别为155、153和872个。25MIX组与对照组的转录因子表达差异如图2E所示。
使用CHEA3数据库预测了六个差异表达基因的转录因子。如图5C所示，并通过Venn图交集识别出八个关键转录因子。如图5D、5E所示，这些转录因子在PFAS暴露的动物模型中得到了验证，例如Atf3在14 mg/kg组中显著升高，Egr1在7 mg/kg和14 mg/kg组中显著升高，Gata3在7 mg/kg和14 mg/kg组中显著降低。
图5 PFAS混合物暴露28天后小鼠甲状腺的PCR结果
本研究通过流行病学调查、毒理基因组学分析和动物实验验证，揭示了PFAS混合暴露对甲状腺健康的严重影响，阐明了PFAS混合暴露通过干扰脂质代谢的途径。这些发现为进一步研究PFAS的环境健康风险提供了重要依据，并为开发新的预防和治疗方法提供了潜在的靶点。
文章编号：445
原文链接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.4c06287
原文引用：
Xiushuai Du#, Xueming Xu#, Hongjie Yu#, Zhiyuan Du, Yitian Wu, Kelei Qian, Jing Xu, Gonghua Tao, Ling Zhang, and Weiwei Zheng. Thyrotoxic Effects of Mixed Exposure to Perfluorinated Compounds: Integrating Population-Based, Toxicogenomic, Animal, and Cellular Evidence to Elucidate Molecular Mechanisms and Identify Potential Effector Targets. Environ. Sci. Technol., 2024, 58, 18177-18189.（#为共同第一作者）
