供稿：冯甜，武汉大学
校稿：曾黎，武汉大学
推送：曾黎，武汉大学
今天给大家分享的文献发表在Environmental Science & Technology上，标题为Significant Variability in the Developmental Toxicity of Representative Perfluoroalkyl Acids as a Function of Chemical Speciation，通讯作者是中国科学院水生生物研究所的陈联国研究员。
目前全氟烷基酸（PFAA）的毒理学数据在类似的暴露情况下是不同的。为了找出数据冲突的原因，这项研究考察了化学形态对具有代表性的PFAA毒性的影响，包括全氟辛酸（PFOA）、全氟丁烷羧酸（PFBA）和全氟丁烷磺酸（PFBS）。将斑马鱼胚胎急性暴露于PFAA、PFAA盐和pH阴性对照，研究斑马鱼胚胎的发育损伤和机制。
在受精后96小时期间，每天监测和记录斑马鱼胚胎的发育终点，包括死亡率、畸形率、孵化率、心率、体长、体重和鱼鳔表面积。PFOA酸、PFOA盐和pH阴性对照组之间的比较揭示了PFOA发育毒性的主要原因（图1）。在对应于46.72、154.18和467.2 μM PFOA酸的pH阴性对照组中，斑马鱼仔鱼的死亡率增加到16.4%，20.2%，和54.2%（图1A）。关于其他发育终点，PFOA酸、PFOA盐和pH阴性对照遵循相似的毒性模式。总的来说，斑马鱼胚胎急性暴露于PFOA酸显著增加了畸形率（图1B），延迟了孵化（图1C），降低了心率（图1D），并抑制了幼虫的生长，表现为体长变短（图1E）和体重减轻。在这项研究中，斑马鱼幼体的所有鱼鳔在发育过程中暴露于154.18 μM的PFOA酸（图1F），而95%的鱼鳔在暴露于500 mg/L的PFOA盐时没有膨胀。本研究检测了急性暴露后斑马鱼幼体中甲状腺激素和基因转录的变化。结果显示，154.18 μM PFOA酸降低了T4和T3激素的浓度（图1G，H），表明甲状腺功能的系统性抑制。最高浓度为467.2 μM的PFOA盐降低了斑马鱼幼体中T3/T4的比率（图1I），这与之前的研究一致。结合下丘脑-垂体-甲状腺（HPT）轴的数据，进行PCA以区分PFOA酸、PFOA盐和pH阴性对照组（图1J）。
图1 斑马鱼胚胎急性暴露于0、4.67、15.42、46.72、154.18和467.2 μM PFOA酸、PFOA盐和相应pH阴性对照后，发育终点和HPT轴的变化
在急性暴露于PFBA酸的浓度梯度后，斑马鱼幼体的死亡率分别在46.72、154.18和467.2 μM时增加到14.7、19.0和93.9%（图2A）。其他发育终点也以浓度依赖的方式受损，表现为较高的畸形率（图2B）、孵化延迟（图2C）、心跳加快（图2D）和生长迟缓（图2E）以及抑制鱼鳔膨胀。这项研究还发现，PFBA酸会在96 hpf时减少斑马鱼仔鱼鱼鳔的表面积，而在467.2 μM时鱼鳔完全不会膨胀（图2F）。对甲状腺激素的测量表明，PFBA的酸性形式以浓度依赖的方式降低了斑马鱼幼体的全身T3浓度（图2H）。因此，T3/T4比率在154.18和467.2 μM处被PFBA酸显著降低（图2I），这与鱼鳔的收缩发生率一致（图2F）。
图2 斑马鱼胚胎急性暴露于0、4.67、15.42、46.72、154.18和467.2 μM PFBA酸、PFBA盐和相应pH阴性对照后，发育终点和HPT轴的变化
这项研究中对发育终点的记录显示，PFBS酸对斑马鱼的早期胚胎发生有害，会增加死亡率和畸形率（图3A，B），延迟孵化成功率（图3C），降低心率（图3D），延缓生长（图3E），并阻碍鱼鳔的膨胀（图3F）。与PFOA和PFBA相似，酸形式的PFBS通常比相应的pH阴性对照更具毒性。PFBS和PFBA发育毒性的相互比较发现，PFBS的毒性高于PFBA。对斑马鱼幼体甲状腺激素的测量表明，PFBS酸增加了T4的浓度（图3G），导致T3/T4的比率显著降低，分别为46.72、154.18和467.2 μM（图3I）。
图3 斑马鱼胚胎急性暴露于0、4.67、15.42、46.72、154.18和467.2 μM PFBS酸、PFBS盐和相应pH阴性对照后，发育终点和HPT轴的变化
作者通过使用生物层析干涉技术监测PFAAs（即PFOA、PFBA和PFBS的酸和盐）与血清白蛋白之间的实时结合和解离曲线，进而估算结合速率（ka）、解离速率（kd）和亲和常数（KD）这些动力学参数。研究发现PFOA酸、PFOA盐和PFBS酸与白蛋白结合（图4A，B，G），而没有观察到PFBA酸、PFBA盐和PFBS盐与白蛋白的真实结合（图4D，E，H）。因为生物层析干涉技术的KD值与真实结合成反比亲和力，因此PFOA酸是与白蛋白相互作用最强的，其次是PFOA盐和PFBS酸。在受精后96小时，在急性暴露的斑马鱼幼体中测定了代表性PFAA盐和PFAA盐的生物累积浓度。结果显示，PFOA的生物累积潜力最大（图4C），其次是PFBS（图4I）和PFBA（图4F），PFBA的水平远低于PFBS和PFOA。根据与生物分子的结合亲和力，具有长碳链和磺酸基团的PFAAs具有较高的生物累积潜力；短链的PFBA和PFBS更容易被消除，从而产生较低的浓度。此外，分析测量还发现了PFAA盐和PFAA盐的生物累积差异。
图4 与白蛋白的结合亲和力以及PFAAs的生物蓄积
综上所述，本研究比较了具有不同化学形态、链长和末端基团的代表性PFAA的发育毒性、甲状腺内分泌干扰、生物分子亲和力和生物蓄积能力。目前的研究结果为目前可获得的完全不同的毒理学数据提供了合理的解释，并强调了根据化学形态对全氟辛烷磺酸进行有区别的风险评估的必要性。有必要揭示自然环境中PFAAs的化学形态，从而有助于估算PFAA和PFAA盐的累积生态风险。需要指出的是，本研究中的急性暴露浓度很高，导致结果对真实环境的影响不够。
文章编号：470
原文链接：
https://doi.org/10.1021/acs.est.3c06178
原文引用：
Yachen Bai, Qi Wang, Jing Li, Bingsheng Zhou, Paul K. S. Lam, Chenyan Hu, and Lianguo Chen*. Significant Variability in the Developmental Toxicity of Representative Perfluoroalkyl Acids as a Function of Chemical Speciation.Environ. Sci. Technol., 2023, 57: 14904−14916.
