摘要
背景：全氟及多氟烷基物质（PFAS）暴露可能与甲状腺癌（TC）风险相关，但研究结果不一致，且缺乏对混合暴露尤其是新型 PFAS 化合物的研究，对其潜在机制也知之甚少。
目的：探讨PFAS 暴露对血清代谢组的影响及其与 TC 的相关性。
方法：进行一项1:1 年龄和性别匹配的病例对照研究，纳入 746 例 TC 患者和健康对照。采用液相色谱 - 高分辨质谱法测定血清中 11 种 PFAS 和非靶向代谢组谱。使用 ENET 和 LightGBM 模型探索暴露模式并进行变量选择。采用加权分位数和回归和贝叶斯核机器回归评估混合暴露效应。进行代谢组全关联分析以评估与 PFAS 相关的代谢失调，并使用结构合成分析基于 PFAS 水平和代谢物模式检测潜在的 TC 患者亚群。
结果：11 种 PFAS 中有 10 种在＞80% 的人群中被检测到。在单一化合物模型中，PFHxA 和 PFDoA 暴露与 TC 风险增加相关，而 PFHxS 和 PFOA 与 TC 风险降低相关（均 P＜0.05）。机器学习算法确定 PFHxA、PFDoA、PFHxS、PFOA 和 PFHpA 是影响 TC 发展的关键 PFAS，混合暴露对 TC 风险总体呈正向影响，其中 PFHxA 贡献最大。一种新的综合分析确定了一组 TC 患者，其特征为 PFHxA、PFDoA、PFHpA 升高，PFOA、PFHxS 降低，且代谢物模式改变以游离脂肪酸上调为突出表现。
结论：PFAS 暴露与 TC 风险增加相关，可能通过脂肪酸代谢变化实现。需要更大规模的前瞻性研究来证实这些发现，且短链 PFAS 的作用需要更多关注。
研究背景
全氟及多氟烷基物质（PFAS）具有内分泌干扰特性，广泛应用于工业和家庭产品，可通过多种途径进入人体，其致癌性可能与表观遗传改变、免疫抑制、激素/代谢途径改变及炎症/氧化应激有关。甲状腺癌（TC）是主要的内分泌系统癌症，发病率在全球范围内显著上升，环境暴露在甲状腺癌（TC）风险中起重要作用。此前研究中，PFAS与甲状腺癌（TC）风险的关联存在不一致，且缺乏对混合暴露的综合分析，尤其是新型PFAS化合物，同时对其潜在机制了解甚少。
研究方法
研究对象
- 从广西科技大学第二附属医院正在进行的甲状腺特定队列中选取参与者，包括甲状腺癌（TC）患者和健康对照，按年龄（±5岁）和性别1:1匹配，最终纳入373对。
- 甲状腺癌（TC）患者需经组织学确诊，且满足未使用抗甲状腺药物或甲状腺激素、无既往恶性肿瘤病史、肝肾功能正常、无电离辐射暴露史等条件；对照来自同医院体检人群，无甲状腺疾病史、无恶性肿瘤史、颈部超声未检测到甲状腺结节、甲状腺功能正常。
样本采集与检测
- 采集参与者血液样本，分离血清后于 -80°C保存。检测血清中11种PFAS（7种长链和4种短链）水平，采用液相色谱- 串联质谱法；对50对随机选择的病例 - 对照进行血清非靶向代谢组学检测，使用LC - ESI - MS/MS。
协变量定义
通过面对面半结构化问卷收集参与者社会人口学（年龄、性别、民族、教育程度、年收入）、生活方式（体力活动、饮食、吸烟、被动吸烟、饮酒）、疾病史（糖尿病、高血脂）和甲状腺肿瘤家族史等信息，计算体重指数（BMI）并分类。
研究结果
人群特征
甲状腺癌（TC）患者和健康对照各373名，甲状腺癌（TC）患者年龄略大，民族、教育程度、年收入、家族史、吸烟暴露等方面与对照有显著差异，BMI、体力活动、糖尿病、高血压、饮酒、肉类和海鲜消费频率无显著差异。
PFAS血清水平及探索性数据分析
11种PFAS中10种检测率＞80%，PFOA和PFOS暴露水平最高，中位浓度分别为 2.75 和 5.01 ng/mL。甲状腺癌（TC）患者血清PFDoA和PFHxA水平显著高于健康对照，PFOA和PFHxS水平在对照组更高。
图2. TC 和对照参与者中 10 种 PFAS 的浓度箱线图。
PFAS暴露与甲状腺癌（TC）风险的关联
- 变量筛选：ENET和LightGBM模型筛选出PFHxA、PFHpA、PFOA、PFDoA和PFHxS为关键暴露因素，LightGBM模型分类性能最佳。
- 混合暴露效应：BKMR和WQS模型表明混合PFAS暴露对甲状腺癌（TC）风险有正向影响，PFHxA贡献最大，PFOA呈不对称U形关联。
- 单PFAS效应：PFOA和PFHxA与甲状腺癌（TC）风险呈非线性关联，PFDoA和PFHxS呈线性关联，PFBS呈非线性但总体效应不显著；PFHxA在各分层中均有显著正效应，PFDoA在特定人群中有显著正效应，部分PFAS与年龄、性别、BMI存在交互作用。
图4.使用 BKMR 方法的分析检查了污染物对甲状腺癌风险的综合影响，其中 h（Z） 反映了化学物质与指示甲状腺癌状态的隐藏连续标记之间的关系。
代谢变化对甲状腺癌（TC）状态的影响
代谢组子集人群年龄较大，部分PFAS水平与总人群有差异。PCA和OPLS - DA分析显示甲状腺癌（TC）患者和健康对照血清代谢谱有明显分离趋势，筛选出293种差异代谢物，其中45种为定性水平I，多为氨基酸和脂肪酸（FA）代谢物，对这些代谢物与PFAS进行关联分析。
PFAS暴露与代谢组谱的相关性
sPLS算法确定与PFAS相关的代谢物，14种代谢物与5种关键PFAS相关，多为FA代谢物，PFHxA和PFDoA与多数代谢物显著相关。
图8.使用 plotLoadings 函数的 sPLS 方法的无监督分类结果，可视化第一个 （A）和第二个 （B）分量上表现最佳的差分变量的权重。选择了与五种关键 PFAS 最相关的 14 种代谢物。（C） PFAS 暴露与代谢组谱之间的拓扑相关性，应用的相关性截断值为 0.18
综合多模块分析
确定两个潜在聚类，聚类2与甲状腺癌（TC）风险增加相关，PFHxA、PFDoA和PFHpA水平较高，PFOA和PFHxS水平较低，同时伴有特定代谢物变化，如游离脂肪酸（FFA）水平升高。
图9.血清中单个 PFAS 暴露和代谢物的组合分析的 Sankey 图，用于识别与 TC 病例相关的潜在变量集群。深灰色条表示正关联，浅灰色条表示负关联，宽度与关联量级成正比。PFAS 暴露和代谢物与潜在簇 2 呈正相关，而潜在簇 2 与 TC 风险增加相关。
讨论
PFAS血清浓度
本研究检测到的PFAS血清浓度与其他地区研究结果相似，PFOA浓度相对较低，长链PFAS的高暴露水平可能与其长半衰期有关。
PFAS暴露与甲状腺癌（TC）风险的关联
- 本研究发现混合PFAS暴露与甲状腺癌（TC）风险呈正相关，PFHxA和PFDoA是关键因素，与之前部分研究结果不同，可能与PFAS种类和暴露水平差异有关。
- PFHxA和PFDoA与甲状腺癌（TC）风险的正相关机制尚不清楚，可能与PFHxA影响肿瘤微环境、PFDoA损害甲状腺功能有关。
- 本研究还发现PFOA和PFHxS与甲状腺癌（TC）风险呈负相关，部分PFAS与甲状腺癌（TC）的关联呈非线性，且短链PFAS对甲状腺癌（TC）的影响值得关注。
代谢失调与PFAS暴露和甲状腺癌（TC）风险的关系
甲状腺癌（TC）患者存在代谢失调，14种代谢物与PFAS暴露相关，其中FFA代谢物上调，PFAS可能通过多种途径影响脂质代谢，进而间接影响甲状腺癌（TC）发展，此外PFAS还有其他致癌机制，如诱导表观遗传改变、免疫毒性、氧化应激和慢性炎症等。
研究优势与局限性
- 优势：首次整合PFAS和代谢组数据研究其与甲状腺癌（TC）的关系，采用创新数据分析框架和机器学习技术，突出新型短链PFAS对甲状腺癌（TC）的影响，样本量较大，采用多种方法评估混合暴露效应。
- 局限性：病例对照设计无法确定因果关系，PFAS暴露评估可能不代表长期水平，部分协变量未纳入最终模型，代谢组检测样本代表性不足，研究人群仅来自华南地区。
研究结论
混合PFAS暴露增加甲状腺癌（TC）风险，PFHxA是主要贡献者，PFAS暴露与多种与甲状腺癌（TC）相关的FAs失调有关，短链PFAS在甲状腺癌（TC）中的作用首次被报道，但仍需更多大规模纵向研究深入理解PFAS与甲状腺癌（TC）的关系及潜在机制。
Wang, F., Lin, Y., Qin, L., Zeng, X., Jiang, H., Liang, Y., Wen, S., Li, X., Huang, S., Li, C., Luo, X., & Yang, X. (2025). Serum metabolome associated with novel and legacy per- and polyfluoroalkyl substances exposure and thyroid cancer risk: A multi-module integrated analysis based on machine learning. Environment International, 195, 109203.https://doi.org/10.1016/j.envint.2024.109203
