北京大学公共卫生学院E&H新兴全氟化学品GenX-环境和生物归宿与风险

文摘 2024-12-21 08:58 浙江

新兴全氟化学品GenX：环境和生物归宿与风险

摘要

全氟化学品GenX，正式名称为六氟环氧丙烷二聚酸（HFPO-DA），已被用作永久性化学品全氟辛酸（PFOA）的替代品。HFPO-DA的应用已从传统的不粘涂料行业迅速扩展到高科技半导体制造领域。由于这些情况，再加上其低生物降解率和长距离大气传输的高潜力，HFPO-DA在环境介质和生物物种（包括动物和人类）中被广泛检测到，这迫切需要对HFPO-DA进行风险评估。基于美国环境保护署2021年对HFPO-DA的评估，本综述首先总结了HFPO-DA与环境的相互作用，阐述了其已知毒性和潜在致癌性及其可能机制，并简要介绍了其当前的暴露评估和风险管理策略。这些证据表明，尽管HFPO-DA被认为是传统PFOA的低毒、低持久性替代品，但其安全性仍需进一步调查和监测。

主要内容

1.引言：

全氟和多氟烷基物质（PFASs），如全氟辛酸（PFOA）和全氟辛烷磺酸（PFOS），自20世纪50年代以来广泛应用于日常生活，但因其高稳定性对环境和生物生态系统造成风险，被全球限制或禁止使用。六氟环氧丙烷二聚酸（HFPO-DA）作为PFOA的替代品被开发出来，它属于短链全氟化合物，具有醚键和羧基，更易分解和形成氢键，更亲水和可降解。HFPO-DA已广泛生产和使用，但也成为一种广泛的环境污染物，美国环保署对其进行了评估并制定了监测要求，因其对人体健康的潜在风险仍需进一步研究。

2.HFPO - DA的物理和化学性质：

HFPO-DA是一种六碳PFECA，由两个六氟环氧丙烷（HFPO）分子缩合而成，具有高稳定性、良好的粘弹性、较高的水溶性和较高的蒸气压等特性，这使其在半导体、电信、航空航天等行业有广泛应用，同时也影响其在环境中的行为，与PFOA的物理性质差异导致它们在环境中的行为不同。

图 1.HFPO-DA 的结构和应用。（A） PFAS 的结构和性能。（B） HFPO-DA 的应用。六氟丙烯：HFP;HFPO：六氟环氧丙烷;HFPO-DA：六氟环氧丙烷二聚酸;PFOA：全氟辛酸。此图形是使用 BioRender 创建的。

3.HFPO - DA的环境归宿

- 环境分布：HFPO-DA在欧美和中国广泛使用，在环境中频繁被检测到，氟化工园区是其主要排放源，在大气、土壤、水等环境介质中均有分布，且在偏远地区如南北极也有发现，其在不同地区和介质中的浓度不同，全球分布情况仍需进一步研究。

图 2.HFPO-DA 在环境中的全球分布和浓度。LOQ：定量限。此图形是使用 BioRender 创建的。

- 生物累积：由于其在水体中的广泛存在，HFPO-DA可在许多水生和陆生生物中积累，在鱼类、两栖动物、植物等生物体内均有检出，且其在植物地上部分的积累可能导致人类通过食物高剂量暴露，未来需研究其在食物链中的生物累积和生物放大作用及对健康的影响。

- 降解：HFPO-DA通常难以生物降解，在环境中的半衰期较长，但人工方法如电化学和光催化降解可更有效地去除它，不过这些方法也存在一些缺点，未来需要改进降解方法和技术。

图 3.HFPO-DA 的环境命运。此图形是使用 BioRender 创建的。

4.HFPO - DA对健康的不良影响

- 毒代动力学：HFPO-DA在啮齿动物中通过胃肠道吸收，主要分布在肝脏，可穿过胎盘和乳汁传递给后代，代谢转化有限，主要通过尿液排泄，在雄性和雌性大鼠中的半衰期不同，在小鼠中的肝脏半衰期比PFOA短，其与蛋白质的结合亲和力较低，这既导致组织积累较少，也降低了对细胞毒性的保护作用。

图 4.HFPO-DA 的毒性作用及其潜在机制。BTB：血睾屏障;HPT：下丘脑-垂体-甲状腺;KA：犬尿喹啉酸。此图形是使用 BioRender 创建的。

- 毒性效应

- 全身毒性：HFPO-DA的急性毒性相对较低，但长期低剂量暴露可对多个器官系统产生毒性作用，其口服半数致死量在大鼠中高于PFOA，亚急性和慢性研究表明其在一定剂量下有毒性，美国环保署根据其肝毒性确定了参考剂量。

- 肝毒性：肝毒性是HFPO-DA最突出的不良效应，包括肝细胞坏死、空泡化、肿胀和损伤，以及血清谷丙转氨酶升高等，其机制涉及激活PPARα、胆汁酸代谢失调、线粒体功能损害和代谢活性改变等，同时还发现其对小鼠的肝毒性存在物种特异性，其分子机制有待进一步研究。

- 生殖和发育毒性：HFPO-DA可影响雄激素水平和损害睾丸功能，破坏血睾屏障，影响精子发生，也损害雌性生殖功能，导致妊娠动物体重增加、新生儿体重和体长减少，还影响胚胎发育，对心脏发育和功能的影响存在争议，但相对较弱，在多种模式生物中均表现出发育毒性，扰乱下丘脑 - 垂体 - 甲状腺（HPT）轴，影响神经系统发育和运动能力。

- 神经毒性：HFPO-DA在体外和体内模型中均表现出神经毒性，可导致神经发育毒性，改变神经细胞形态、表观遗传标记和线粒体膜电位，影响神经元标记物表达，还可破坏血脑屏障完整性，导致神经炎症，可能对神经系统健康构成威胁。

- 肠道毒性：HFPO-DA可诱导肠道炎症和毒性，在斑马鱼和小鼠中表现为氧化损伤、炎症、凋亡、肠道菌群失衡等，与脂质代谢和凋亡相关基因表达有关，与聚苯乙烯纳米塑料联合暴露时对牡蛎肠道的损伤更严重。

- 免疫毒性：HFPO-DA可抑制小鼠的T细胞依赖性抗体反应，增加斑马鱼幼虫中中性粒细胞数量和促炎因子水平，主要通过Toll样受体、RIG-I样受体和NOD样受体信号通路介导免疫毒性，还可抑制小鼠对碳黑纳米颗粒的先天免疫反应，刺激肺细胞增殖，扰乱免疫系统功能和稳态。

- 血液和肾脏毒性：HFPO-DA可诱导贫血，降低血红蛋白、红细胞计数和血细胞比容，亚慢性和慢性研究表明其可增加肾脏系数和血尿素氮水平，对肾脏造成损伤，是一种血液和肾脏毒性物质。

- 致癌和遗传效应：HFPO-DA的致癌性尚无定论，美国环保署将其归类为对人类具有潜在致癌证据，其在动物研究中观察到可诱导肿瘤，但相关证据不充分，同时在体外和体内研究中发现其可诱导染色体畸变和DNA损伤，但遗传突变结果不一致，其致癌和遗传毒性机制尚不完全清楚，需要更多证据评估。

5.HFPO - DA的风险评估

- 人类暴露和风险：人类通过多种途径暴露于HFPO-DA，其膳食摄入量在某些地区超过了美国环保署的参考剂量，在人体标本中也检测到微量HFPO-DA，流行病学证据表明其与生殖功能障碍和胶质瘤可能存在关联，这些初步发现提示了HFPO-DA暴露对人类健康的潜在风险。

- 当前健康毒性值：基于HFPO-DA对动物和人类的健康影响，美国和荷兰已提出其健康毒性值，这些值会根据新的科学知识进行更新，以反映对其潜在健康风险的认识。

6.结论和未来方向：

尽管HFPO-DA被认为毒性和持久性较低，但因其作为PFOA替代品的广泛应用，其潜在环境和健康风险引发关注。人类暴露水平在某些人群中超过参考剂量，其不良影响的机制复杂且不完全清楚。未来需要进一步研究其环境行为、健康风险评估、分布和生物累积、毒性机制等，以制定有效策略减少其危害，保护人类和生态系统。

文献

Guo, W., Hao, W., & Xiao, W. (2024). Emerging Perfluorinated Chemical GenX: Environmental and Biological Fates and Risks. Environmental Health, 10.1021/envhealth.4c00164. Advance Publication. https://doi.org/10.1021/envhealth.4c00164

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