该研究运用体内外实验，并结合多组学分析方法，深入探究了PFOA诱导肝损伤与精氨酸代谢之间的关联，发现精氨酸代谢在这一过程中发挥着重要作用，且补充精氨酸能够有效缓解肝损伤。

1. 研究背景

    - PFOA的特性与危害：PFOA作为一种八碳全氟烷基化合物，凭借其独特理化性质，广泛应用于工业生产。然而，它的半衰期长达3.8年，在2017年和2019年分别被列为2B类致癌物和持久性有机污染物。尽管全球逐步限制其使用，但部分国家在特定领域仍有生产豁免。PFOA可通过多种途径进入环境，广泛存在于地表水和地下水中，人类通过饮水、食物等途径接触，其在人体血液中被普遍检测到。

    - PFOA与肝损伤的联系及研究空白：当前流行病学研究表明，PFOA与肝损伤相关，已知机制包括激活核受体影响脂质代谢、诱导细胞凋亡以及引发免疫毒性等。但即便脂肪酸降解通路被激活，脂质仍会在肝脏中积累，这暗示存在尚未明确的其他代谢途径和机制，因此本研究旨在借助多组学分析找出导致肝损伤的关键调节因子和代谢途径。    

2. 材料与方法

- 检测与分析方法：采用RNA - Quick Purification Kit从MIHA细胞中提取总RNA，随后使用Hifair III First - Strand cDNA Synthesis SuperMix for qPCR进行逆转录，再通过iQ SYBR Green SuperMix和基因特异性引物在Applied Biosystems QuantStudio 7 Flex Real - Time PCR System上进行实时定量PCR。运用GraphPad Prism v.8.0进行统计分析，针对不同数据类型和比较组选择合适的统计检验方法，如Student’s t检验、ANOVA等。使用SIMCA - P v13对代谢组学数据进行主成分分析和正交偏最小二乘判别分析，通过MetaboAnalyst 6.0基于KEGG数据库分析代谢途径。

图 1.研究的示意图概述。

3. 实验结果    

- PFOA诱导肝损伤：通过检测ALT活性、计算肝体指数（HSI）以及进行组织病理学（H&E染色）观察来评估PFOA对小鼠肝脏的损伤情况。结果显示，ALT水平随PFOA剂量增加而上升，在10mg/kg/day剂量下显著升高；HSI呈现剂量依赖性增加，在所有剂量水平下均显著升高；H&E染色表明，三个剂量组均出现炎症细胞浸润现象。综合这些指标判断，PFOA暴露导致小鼠发生肝损伤，且损伤程度随剂量增加而加重。

图 2.PFOA 暴露小鼠肝损伤表型的评估。（A） ALT 水平 （U/L），（B） 用 PFOA 处理的小鼠的肝体指数。肝体指数的计算方法是肝脏重量 （g） 除以体重 （g） 再乘以 100。（C） 多聚甲醛固定的小鼠组织切片并用苏木精和伊红染色，观察炎症细胞浸润和脂肪变性坏死。比例尺：50 μm。红色箭头表示脂肪变性，黑色箭头表示炎性细胞浸润。

- 代谢通路筛选：对肝脏样本进行代谢组学分析，将数据导入MetaboAnalyst 6.0后发现，精氨酸代谢通路是在所有三个剂量组中均受到显著影响的唯一通路。在10mg/kg/day剂量下进行转录组学分析，共鉴定出2998个严格差异表达基因，其中1324个显著上调，1674个显著下调。整合通路富集分析显示，脂肪酸代谢、PPAR信号通路、TCA循环和精氨酸代谢等通路发生了深刻改变，其中精氨酸生物合成通路的富集分数绝对值最高。    

图 3.代谢组数据的通路筛选。（A-C）气泡图，显示路径拓扑分析的结果。（每个气泡的大小表示通路中的命中数或显著代谢物的数量。较大的气泡表示代谢物受影响的途径更多，突出了它们的生物学相关性。气泡颜色表示代谢途径的统计显著性，为可视化效果增加了一层额外的信息。（D） 差异代谢途径的维恩图。    

图 4.10 mg/kg/天暴露 7 天后肝脏样品中的代谢组和转录组联合分析。多组学分析揭示的代表性失调生物过程总结。绘制了 PFOA 处理小鼠和对照组小鼠之间差异最大的代谢物和 mRNA 的指示代表性途径。（B） 显示了基于转录组学的富集京都基因和基因组百科全书 （KEGG） 通路 （FDR < 0.05）。

- 代谢谱分析：对不同剂量PFOA暴露的小鼠肝脏进行代谢谱分析，发现PFOA暴露后脂肪酸降解通路显著上调，相关基因表达增加，但TCA循环未显著上调，反而呈现抑制趋势，这解释了PFOA暴露导致脂质积累和肝损伤的原因。同时，精氨酸代谢显著下调，精氨酸生物合成过程中关键酶如ASS1、ARG1、OTC和ASL的表达降低，精氨酸和脯氨酸代谢途径也受到抑制。    

图 5.10 mg/kg/天暴露于 PFOA 7 天后肝脏样本的代谢分析。

- 精氨酸代谢验证与作用：通过qPCR实验，以MDLA作为阳性对照，证实PFOA暴露会导致肝细胞中精氨酸代谢下调，且随着暴露剂量增加，精氨酸代谢通路呈下降趋势，但不同剂量间无显著差异。补充精氨酸的实验结果表明，与仅暴露于PFOA的组相比，补充精氨酸组的ALT水平和肝体比显著降低，说明精氨酸能有效缓解PFOA诱导的肝损伤。相关性分析发现，精氨酸代谢与炎症因子密切相关，补充精氨酸可显著抑制MCP - 1和MIP - 1α的释放，并减少巨噬细胞向肝脏的聚集。

图 6.体外实验，用 PFOA 处理的正常肝细胞系显示精氨酸代谢下调。（A） 肝细胞体外实验设计;（B） 人正常肝细胞 （MIHA）：精氨酸代谢中关键基因的 mRNA 表达显著降低    

图 7.精氨酸改善了小鼠模型中的肝功能。（A） 实验工作流程的示意图。（B） 各组之间 ALT 水平和肝脏/体重比的变化。（C） H&E 染色显示 4 组肝组织整体结构，箭头指示有炎性细胞浸润。

4. 研究讨论：

精氨酸在细胞生理过程中具有多种重要功能，如影响线粒体功能、参与免疫调节等。本研究中，PFOA暴露导致精氨酸代谢下调，这可能通过影响TCA循环进而损害肝脏能量代谢和线粒体功能。同时，精氨酸代谢与免疫反应存在紧密联系，精氨酸减少促使MCP - 1和MIP - 1α水平升高，进而聚集和激活巨噬细胞，导致肝脏炎症和损伤加剧。然而，补充精氨酸后IL - 1β水平并未立即下降，其与PFOA诱导肝损伤的具体关系仍需进一步研究。    

图 8.细胞因子释放与精氨酸代谢之间的相关关系。（A） 促炎细胞因子和趋化因子水平的显着变化。（B） 显著升高的炎性细胞因子与代谢物/RNA 之间的相关网络。节点和边缘分别按分子类型/代谢途径和关联方向进行颜色编码。边缘宽度和颜色（红色为正，蓝色为负）与相关强度成正比。仅显示强相关性 

5. 研究总结：

本研究明确了PFOA通过扰乱精氨酸代谢诱导肝损伤，而补充精氨酸能够有效缓解这一损伤。然而，研究存在一定局限性，虽然确定了精氨酸代谢的重要作用，但未全面考虑脂肪酸代谢、PPAR信号通路以及补体和凝血级联等其他重要通路在PFOA诱导肝损伤中的作用。此外，精氨酸调节MCP - 1和MIP - 1α的具体机制尚不明确，有待后续深入研究。

Gao, J., Li, T., Guo, W., Yan, M., Liu, J., Yao, X., ... Jiang, G. (2025). Arginine Metabolism Reprogramming in Perfluorooctanoic Acid (PFOA)-Induced Liver Injury. Environmental Science & Technology,. https://doi.org/10.1021/acs.est.4c07971

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