供稿：冯甜，武汉大学
校稿：李天洲，武汉大学
推送：李天洲，武汉大学
今天给大家分享的文献发表在Environmental Science & Technology上，标题为Assessment and Comparison of Early Developmental Toxicity of Six Per- and Polyfluoroalkyl Substances with Human Embryonic Stem Cell Models，通讯作者是中国科学院生态环境科学研究中心殷诺雅教授。
全氟烷基和多氟烷基物质（PFAS）广泛用于各种产品中，并易于在人体内聚积，包括脐带血和胚胎/胎儿。在这项研究中，作者对全氟辛酸（PFOA）、十一氟己酸（PFHxA）、七氟丁酸、全氟辛烷磺酸（PFOS）、全氟己烷磺酸和全氟丁酸在与人类接触相关的无细胞毒性浓度下的潜在早期发育毒性进行了评估和比较，采用基于三维胚状体（EB）和单层分化构型的人类胚胎干细胞的模型。为了探索这些全氟辛烷磺酸化合物的潜在发育毒性，进行了为期16天的基于人胚胎干细胞的EB分化（图1A）。PFAS化合物在10 μM下处理10天显著增加了囊性EBs的百分比（图1B和1C）。
图1 六种PFAS在EB分化过程中诱导的囊状EB形成
qRT-PCR结果进一步揭示，16天的处理结果与早期趋势一致，但变化更明显（图2）。内胚层谱系相关基因HHEX和FOXA2以及晚期中胚层标记CD34和KDR显示上调，而外胚层谱系相关基因PAX3、SIX1、FOXG1和KRT5下调。
图2 六种PFAS对EB分化的影响
外胚层在各种身体结构的发育中起着重要作用，包括表皮、神经系统（中枢和外周）、脑板（包括颅板）和神经嵴细胞。与影响外胚层衍生物发育的遗传因素相关的先天性缺陷统称为外胚层发育不良（ED），其表现为一系列遗传原因和临床表型。鉴于在EB和单层分化模型中均观察到6种PFAS对外胚层分化的抑制作用，作者进一步研究了外胚层发育不良相关基因的表达，以探讨PFAS对早期胚胎发育的干扰与出生后外胚层发育不良风险之间的关系。qRT-PCR结果如图3中的热图所示，在10 μM的PFAS处理16天后，54个检测到的基因都受到了不同程度的影响。在这些基因中，纤毛相关基因IFT122被显著抑制，其中PFOS的作用最为显著。这表明PFOS具有诱发ED的潜力，其他五种PFAS也有可能引起ED。
图3 PFAS对外胚层发育不良的潜在影响
初级纤毛是在大多数脊椎动物细胞中发现的基于微管的细胞传感器，在脊椎动物的发育过程中起着关键作用，包括胚胎发育、信号转导和代谢。纤毛组装和维持的基本要素是鞭毛内转运（IFT）蛋白，其介导逆行纤毛转运。鉴于之前观察到PFAS处理对IFT122基因的显著抑制，作者研究了PFAS对纤毛发生的影响。作者用10 μM PFAS处理6天的单层分化样品进行了免疫荧光实验，并用AC-αTUB和ARL13B标记纤毛。PFOA和PFOS处理都显著抑制了纤毛的数量（图4A和4B），表明对纤毛形成有抑制作用，而其他处理组没有表现出明显的变化。
图4 PFAS在单层分化过程中对纤毛形成的抑制
为了更详细地评估毒性作用，作者进一步分析了每次化学处理后单层分化第8天和第16天的所有差异表达基因（DEGs）。在PFAS处理8天后，与三个胚层分化相关的基因，如MSX2、ISL1、ELF5、WNT4/6、PAX3/7和BMP2/3受到影响（图5）。PFOA、PFHxA、PFBA、全PFOS和PFHxS同时降低了ALDH1A3和ZNF750的表达水平。值得注意的是，PFOA和PFOS都影响基因的表达，如GAD2、L1CAM、NDUFA4L2、ADAMTS20（上调）、BMPER、BAMBI、PAX7、SPDYE14（下调）和ISL1（PFOA下调，PFOS上调）。
图5 单层分化期间六种PFAS对胚层相关基因的失调
为了更全面地了解与六种PFAS化合物相关的潜在发育毒性，作者在第8天和第16天使用RNA-seq对用10 μM这些化合物处理的单层分化样品进行了转录组分析。PFOA处理8天的DEGs达到103个（24个上调，79个下调），PFOS的DEGs达到82个（70个上调，12个下调），而其他四种PFAS处理观察到很少的DEGs（图6A）。在第16天，PFOS对许多基因的表达造成了严重干扰，而与第8天相比，其他化合物影响的基因甚至更少，这突出表明PFOS是对发育毒性最大的化合物。PFOS上调了内胚层和中胚层标志基因GATA6、ISL1和TBX3，同时抑制了外胚层相关基因（SOX2、FGF2和EGF）（图6B）。此外，GO分析揭示了细胞外基质组织过程和细胞粘附的破坏，并富集了源自外胚层发育的神经和大脑相关物质（图6C）。KEGG富集分析证明了调节干细胞多能性的信号通路中的干扰（图6D）。
图6 全氟辛烷磺酸对单层细胞分化的影响
文章编号：493
原文链接：
https://doi.org/10.1021/acs.est.3c10758
原文引用：
Miaomiao Zhao, Nuoya Yin*, Renjun Yang, Shichang Li, Shuxian Zhang, and Francesco Faiola. Assessment and Comparison of Early Developmental Toxicity of Six Per- and Polyfluoroalkyl Substances with Human Embryonic Stem Cell Models. Environ. Sci. Technol., 2024, 58: 8215−8227.
