第一作者：Jianbo Hu (胡建波) & Xu Yang (杨绪)
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中文标题：水环境中全氟烷基物质(PFAS)的生物累积机制：理论和实验见解.英文标题：Bioaccumulation Mechanisms of Perfluoroalkyl Substances (PFASs) in Aquatic Environments: Theoretical and Experimental Insights.1、结合分子动力学模拟、密度泛函理论、实验研究PFAS的生物累积性。3、PFAS的生物摄取经过空间翻转，实现生物累积。4、尽管短链全氟辛烷磺酸的脂质亲和力较低，在生物膜表面吸附，导致低毒性。全氟烷基和多氟烷基物质（PFAS）是一种持久性、生物累积性污染物，在水资源中的含量对人类健康有害。然而，人们对PFAS的生物累积机制仍然知之甚少。在本研究中，我们结合分子动力学（MD）、密度泛函理论（DFT）和实验分析了分配途径，并建立了结构与生物累积的关系。DFT和MD计算出的环境命运参数（包括LogPO,W、LogPA,W和扩散系数）与实验中不同范围的PFAS分子相吻合，校正系数(R²)为0.835。MD模拟显示，中链或长链PFAS在水生环境中会自发聚集成亚胶束结构，从而增强其生物累积效应。短链全氟辛烷磺酸的聚集能力较弱，但也能渗透到生物膜中。特别是研究发现，聚合的全氟辛烷磺酸会“溶解”到脂膜基质中，这主要是由于范德华相互作用而非静电效应。热力学分析表明，全氟辛烷磺酸的易位涉及沿自由能表面的空间翻转。短链PFAS显示出较低的立体阻碍，有助于生物蓄积性——这是以前研究中被忽视的一个因素。PFAS的生物蓄积性取决于链长，细胞内活性氧的形成和HepG2细胞的活/死定量进一步证实了这一点。这些见解加深了我们对PFAS生物累积机制的理解，并突出了影响其环境和生物行为的关键因素。![]()
由于全氟烷基物质和多氟烷基物质（PFAS）在环境中广泛存在且对人类健康具有潜在的不利影响，因此引起了人们的广泛关注。PFAS具有很强的抗降解性，这导致它们在环境中持久存在。它们已在各种环境基质中被发现，包括水、土壤和生物组织等。虽然制成品的直接暴露更容易管理，但水生环境的间接暴露带来了更大的挑战。由于受污染的食品供应（例如海鲜和其他动物产品）和饮用水是生态系统和人类的主要暴露来源，因此通过食物链解决PFAS暴露问题尤其困难。PFAS在水生环境中作为表面活性剂聚集体，提高了其稳定性和广泛的时空迁移，提高了其环境持久性和生物影响。它们在生物系统中持续存在和积累的能力引起了对人类和生态健康的重大关注。大量研究已确定接触特定PFAS与各种健康影响之间的关联，包括免疫力紊乱、代谢紊乱、肝损伤、皮肤老化和癌症风险增加。因此，了解聚集的PFAS从水生环境到生物膜的分子水平分配对于开发有效的解决方案以减少PFAS在生物系统中的暴露和积累至关重要。
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(A)PFCAs和PFSAs的分子结构示意图；(B-C) PFAS在水和正辛醇溶液中的溶剂化自由能；(D)分子量与LogPO,W的二维核密度图；(E)计算预测和实验测量的 LogBCF值对比；(F) LogPLipid,W与LogPA,W的关系。
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生物毒性测定和活性氧测试：(A) 相对细胞活力，(B) 活/死细胞定量（放大倍数 200×），(C) 细胞白光成像（放大倍数 100×），(D) 细胞毒性净强度，(E) 处理后的 HepG2 细胞荧光显微图像（放大倍数 100×），以及 (F) 相对荧光强度。除图 A 和 D 外，PFAS 的浓度为 500 μM。
水环境中的PFAS可通过食物链的方式对健康造成威胁。本研究旨在系统地了解不同链长，不同官能团的PFAS的环境迁移和生物蓄积行为。创新性地将MD、DFT以及实验相结合，用于PFAS的生物积累和风险评估。短链PFAS的聚集能力有限，但在脂质膜基质中表现出更快的“溶解”行为。即更易在脂质内积累。PFAS 生物积累与其链长呈正相关。这些新发现有助于对PFAS污染地区水体安全评估和防治提供参考。 该工作得到了华东理工大学刘洪来教授、广西大学赵双良教授的指导，本研究得到了国家自然科学基金（22108022、22478045和22178072）、重庆市教委科学技术研究计划（KJZD-K202301202）的资助。纤维材料复合技术达州市重点实验室（XWCL23ZA-01）、四川省教育厅特色植物开发与研究重点实验室（TSZW2023ZA-01）和绿色催化四川省高校重点实验室开放基金（LZJ2202）的资助。
文章DOI：10.1016/j.jhazmat.2024.136283声明：
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