新污染物前沿合作系列（五） | 全氟及多氟化合物胎儿暴露评估与消除：来自配对血清、胎盘和胎便样品的新证据 : shimadzu ssl-凯发k8国际首页登录
中国科学院生态环境研究中心环境化学与生态毒理学国家重点实验室王亚韡课题组黎娟副研究员等在全氟及多氟化合物胎儿暴露评估与消除研究中取得新进展。本研究利用岛津高效液相色谱三重四极杆质谱系统（lcms-8060）测定了配对孕妇的母血、脐血、胎盘样品，以及分娩后婴儿的胎便样品中15种传统和13种新型全氟及多氟烷基化合物（pfass）的浓度水平，分析了pfass在母婴传输的分配和经胎便消除特征，结合分子对接手段，探究pfass跨胎盘传输的关键转运蛋白。相关成果以“assessment of fetal exposure and elimination of perfluoroalkyl and polyfluoroalkyl substances: new evidence from paired serum, placenta, and meconium samples”为题发表在环境领域国际顶级期刊《environmental science & technology》(中科院jcr 1区）。
研究背景
全氟及多氟烷基化合物（pfass）具有高稳定性和高表面活性等特点，在工业领域应用广泛。然而，研究表明pfass具有包括肝毒性、神经毒性、内分泌干扰效应在内的多种毒性效应，且其在环境及人体中具有较长的半衰期，这些特征导致有多种pfass被列入《斯德哥尔摩公约》，禁止除特定豁免和可接受用途外的生产、流通和使用。已有研究表明，pfass可在孕妇体内累积，且能透过胎盘屏障暴露于胎儿，对胎儿健康造成潜在风险。了解pfass在孕妇体内的转移、代谢、消除及其影响因素，对研究pfass的产前暴露风险具有重要意义。以往的研究主要采用母血、脐血、胎盘及尿液样品，开展污染物宫内暴露与风险相关研究。然而，人体血液样本的采集具有损伤性且难以获得，加之羊水样品与尿液样品难以体现污染物长时间的暴露累积情况。这些因素大大限制了对pfass的母婴传输、代谢与消除的评估研究，这也在一定程度上影响了人们对pfass产前暴露风险的准确判断。
本研究旨在(1)阐明传统和新型pfass的产前暴露特征和经胎盘转移的潜在机制；(2)揭示母体-胎儿单位pfass的产前代谢和消除规律；(3)评估胎便是否可以作为评估pfass产前暴露的有效生物基质。
方法与结论
28种pfass在配对母婴样本中的赋存结果如图1。在所有配对样品中发现检出21种pfass，说明上述pfass单体可通过胎盘屏障造成胎儿暴露。pfass在四类生物样本中的总浓度（∑pfass）由高到低依次为胎便（8.65 ng/g）＞母血（6.55 ng/ml）＞胎盘（4.03 ng/ml）＞脐血（3.93 ng/ml）。胎便中pfass浓度较高的原因可能是由于整个妊娠期的累积暴露所致。在可检出的传统pfass中，全氟辛酸（pfoa）、全氟辛烷磺酸（pfos）、全氟壬酸（pfna）和全氟己烷磺酸（pfhxs）是最重要的几种污染物；而在新型pfass中，以4:2 氟调聚磺酸（4:2 fts）、6:2氟调聚磺酸（6:2 fts）、6:2氯化多氟醚磺酸（f53b）等检出率较高。
图1（a）四种配对基质中∑pfass的浓度水平； （b）四种配对基质中各pfass的污染比例组成
本研究进一步对检出率大于50%的pfass进行了母血—脐血（tms-cs）、母血—胎盘（tms-p）、胎盘—脐血（tp-cs）的转移效率 （transplacental transfer efficiency，tte）评估（图2）。结果表明，随着碳链长度从5个碳增加至14个碳，全氟羧酸类（pfcas）的tmc-cs呈现u型变化趋势，而全氟磺酸类（pfsas）却呈现出倒u型的变化趋势，这说明pfass从母体血液传递至胎儿血液过程存在结构依赖性转移。与此同时，本研究发现pfass的tms-p和tp-cs具有一定的“镜像关系”。上述结果表明，pfass的母婴传播是一个复杂的过程，受到母体和胎儿共同的影响。
图2 全氟化合物pfass的母血—脐血（tms-cs）、母血—胎盘（tms-p）、胎盘—脐血（tp-cs）的转移效率
脐血—胎便（tcs-m）转移效率在一定程度上可用于评估胎儿在子宫内消除 pfass的能力。tcs-m＞1的pfass表明其可以经过胎便排泄。针对于本研究涉及的pfass，我们可以观察到除f53b外，其余pfass的tcs-m随碳链增加呈现u型趋势（图3），这表明pfass的tcs-m存在一定结构依赖性。其中，大部分pfsas的tcs-m大于1，而只有短链pfcas大于1。上述结果说明相较于pfcas，pfsas可能更容易经胎便消除。值得关注的是，两个典型的单体pfoa和pfos的tcs-m分别为0.14和3.77，暗示这两种化合物通过胎儿排泄机制存在差异。同时也提示，宫内暴露于胎儿的pfoa难以经胎便消除。
图3 pfass的脐血—胎便（tcs-m）值
基于分子对接手段，pfass与多药耐药蛋白1（mrp1）、有机阴离子转运多肽2b1（oatp2b1）、丙氨酸丝氨酸胱氨酸转运体1（asct1）、p糖蛋白（p-gp）被确定为pfass在母体和胎儿之间动态转移的关键转运蛋白。研究发现pfass氟调聚磺酰胺类和磺酸类化合物与mrp1结合力更强，p-gp则参与羧酸类pfass的胎盘转运。随着碳链长度的增加，pfass的胎盘转移效率和胎粪排泄效率均表现出结构依赖性，其中atsc5p和pubchemfp679被认为是影响pfass通过胎粪代谢和分泌的关键结构。
图4 pfass与四种胎盘转运蛋白的结合模式
总结和讨论
本研究发现21种pfass能够跨过胎盘屏障暴露于胎儿，且能够经由胎便排泄。其中，全氟磺酸比全氟羧酸更容易通过胎便消除。观察到随着碳链长度的增加，pfass的胎盘转移效率和胎粪排泄效率均表现出结构依赖性。揭示了pfass跨胎盘传输的关键转运蛋白及其关键分子结构特征。本研究首次指出胎便可以作为评估pfass产前暴露的有效生物基质。这对 pfass在母婴体内的代谢和消除有了新的认识，同时为选择合适的生物基质来评估pfass的产前暴露提供了新的视角。
*以上研究工作中pfass分析方法来自岛津全氟及多氟烷基化合物分析mrm数据库。该数据库内置103个pfass化合物的mrm分析条件，满足科研用户和环境监测用户对于pfass高通量、高灵敏度的快速筛查需求。
参考文献：
1. li j, et al. assessment of fetal exposure and elimination of perfluoroalkyl and polyfluoroalkyl substances: new evidence from paired serum, placenta, and meconium samples. environ. sci. technol. 2024, 58, 5, 2260–2270.