全氟烷基磺酸盐(PFOS)、全氟己烷磺酸盐(PFHS)和全氟丁烷磺酸盐(PFBS)对非洲爪蟾胚胎的发育毒性

全氟烷基磺酸盐(PFASs)在工业生产和生活中广泛应用,某些PFASs已成为环境中普遍的污染物。鉴于对动物和人类的潜在毒性,全氟辛烷磺酸盐(PFOS)已被禁用,由一些半衰期相对较短的短链PFASs(如全氟丁烷磺酸盐,PFBS)替代。虽然四碳的PFBS和六碳的全氟己烷磺酸盐(PFHS)已经广泛使用,但目前对其毒性及其机制的了解很少。通过检测发育毒性和致畸性的非洲爪蟾胚胎致畸试验(FETAX),得到PFOS、PFHS和PFBS半致死浓度(LC50),半致畸浓度(EC50)和最小抑制生长浓度(MCIG),比较研究了3种化合物的发育毒性。结果发现,PFOS的LC50、EC50和MCIG分别为51.46、108.20和35mg·L-1。PFHS和PFBS的LC50大于100mg·L-1,对胚胎形态和生长没有明显影响。PFASs暴露引起非洲爪蟾胚胎运动行为异常。FETAX结果表明,PFOS急性发育毒性明显大于PFHS和PFBS。     

我国全氟辛烷磺酸盐分子毒理学研究进展：纪念金一和教授

全氟化合物(PFCs)在工业和生活中应用广泛,但是PFCs对生物体存在潜在的毒性,其中以8碳链的PFCs,如全氟辛烷磺酸(PFOS)和全氟辛烷羧酸(PFOA)应用最多。这类化合物在环境中很难降解,并能在生物体内富集^[1-6]。2009年PFOS被列入新增POPs名单,PFOS的毒性毒理研究随即成为研究热点。目前,国内研究者已陆续展开
PFOS对各种动物^[7-17],如昆虫、鸟类、鱼类、贝类、两栖类、哺乳类和人体细胞的急慢性毒性。但是这些关于PFOS毒性的研究所用剂量较高,远离了环境浓度范围,而高剂量的毒性效应与低剂量的毒性效应存在很大差异,尤其体现在不同剂量下作用的靶器官和信号通路的生物分子学响应会有很大差异。PFCs除了对肝脏造成慢性损伤、对免疫系统和生殖内分泌系统有明显影响外,还具有神经毒性。
已有的研究结果表明PFCs神经毒性潜在的机制主要有：影响神经元的生长分化、突触发生和脑发育;影响神经递质如多巴胺、谷氨酸和乙酰胆碱的水平;通过ROS诱导神经细胞凋亡;影响信号转导途径;影响甲状腺系统。在PFOS对神经系统毒性毒理方面,金一和教授课题组的研究工作十分系统。
金一和教授课题组针对PFOS对神经系统的影响,由浅入深地展开系列研究,提出了神经系统可能是PFOS的靶系统之一^[18-23]。针对外源性化合物易于蓄积和产生毒害的靶器官——海马结构,他们通过中枢神经系统兴奋性氨基酸和谷氨酰胺合成酶的剂量相应关系分析,提出了氨基酸类神经递质含量的改变是PFOS神经毒性的效应标记之一^[18-20]。这些研究在PFOS是如何干扰氨基酸类神经递质代谢,导致神经细胞损伤及神经功能损害方面给出了重要的线索。同时,他们通过对神经系统发育影响研究和基因组学手段,得出了PFOS会对后代学习记忆功能和脑的健康发育产生不良影响,并提出PFOS可能通过改变脑组织血氧平衡,影响中枢神经系统功能和发育过程的毒理学作用机制^[23-26]。
在PFOS对器官损伤机理方面,金一和教授课题组也做出了许多工作^[27-32]：提出PFOS的主要靶系统中还包括免疫系统,并用来解释PFOS染毒后,各脏器器官所呈现的功能下降的现象。
遗憾的是,金一和教授关于PFCs与生命系统相互作用机理的研究正在蒸蒸日上,他就离所热爱的事业而去。我们也只能以此文给金一和教授一生中最精彩的部分工作一个不完善的总结。金一和教授系统深入的研究成果为我国PFCs的分子毒理学研究奠定了坚实的基础,他颇具前瞻性的研究思想为后继者提供了启迪科研灵感的源泉。
     

PFOS对星形胶质细胞表观遗传调控作用初探

脑源性神经营养因子(BDNF)甲基化在全氟辛烷磺酸(PFOS)神经毒性中的作用已证实,但表观遗传修饰中其他调控因子在PFOS对星形胶质细胞毒性中的影响仍有待探索。本文以大鼠原代星形胶质细胞为体外生物体系,建立24 h PFOS(0、25、50和100μmol·L~(-1))暴露模型,通过观察PFOS暴露对星形胶质细胞表观遗传调控主要分子DNA甲基化酶(DNMTs)、组蛋白去乙酰化酶(HDACs)和小泛素化修饰物(SUMOs)的影响,初步明确表观遗传调控机制参与PFOS神经毒性作用。采用Hoechst 33258检测细胞凋亡,利用ELISA试剂盒检测HDACs含量,以实时荧光定量PCR考察DNMTs、HDACs和SUMOs基因表达。结果显示,星形胶质细胞暴露于一定浓度PFOS(≥25μmol·L~(-1))时产生凋亡现象(P0.05),HDACs含量升高(P0.05),且DNMT1、HDAC1/2/4与SUMO-1的基因表达显著升高(P0.05);而当PFOS浓度高于50μmol·L~(-1)时,可显著诱导DNMT3A、SUMO-2的基因表达(P0.05); DNMT3B在PFOS≥25μmol·L~(-1)时,其基因表达具有升高趋势,但不具统计学显著性(P0.05)。结果表明,PFOS可以影响星形胶质细胞的表观遗传修饰;表观遗传修饰可能是PFOS神经毒性作用机制之一。     

全氟辛烷磺酸盐(PFOS)、全氟己烷磺酸盐(PFHS)和全氟丁烷磺酸盐(PFBS)对非洲爪蟾胚胎的发育毒性

全氟烷基磺酸盐(PFASs)在工业生产和生活中广泛应用,某些PFASs已成为环境中普遍的污染物。鉴于对动物和人类的潜在毒性,全氟辛烷磺酸盐(PFOS)已被禁用,由一些半衰期相对较短的短链PFASs(如全氟丁烷磺酸盐,PFBS)替代。虽然四碳的PFBS和六碳的全氟己烷磺酸盐(PFHS)已经广泛使用,但目前对其毒性及其机制的了解很少。通过检测发育毒性和致畸性的非洲爪蟾胚胎致畸试验(FETAX),得到PFOS、PFHS和PFBS半致死浓度(LC50),半致畸浓度(EC50)和最小抑制生长浓度(MCIG),比较研究了3种化合物的发育毒性。结果发现,PFOS的LC50、EC50和MCIG分别为51.46、108.20和35mg·L-1。PFHS和PFBS的LC50大于100mg·L-1,对胚胎形态和生长没有明显影响。PFASs暴露引起非洲爪蟾胚胎运动行为异常。FETAX结果表明,PFOS急性发育毒性明显大于PFHS和PFBS。     

全氟化合物发育神经毒性研究进展

全氟化合物(PFCs)在工业生产和生活中广泛应用,已成为环境中一类普遍的污染物。由于PFCs污染表现出全球性、持久性和富集性等特征,其毒性备受关注。近期研究结果显示,PFCs除对肝脏、免疫系统和生殖内分泌系统等有明显影响外,还具有发育神经毒性。在总结了近年来PFCs发育神经毒性的研究进展基础上,讨论了PFCs发育神经毒性可能的几个机制,并且分析该领域研究存在的问题,提出应该加强环境相关剂量下PFCs发育神经毒性研究,关注PFCs与其他神经毒物复合暴露的发育神经毒性,以推进对实际环境中PFCs所产生的神经损伤的认识。     

全氟烷基磺酸盐(PFOS)及其替代品对两栖类胚胎的发育毒性

用非洲爪蟾胚胎致畸实验和黑斑蛙胚胎发育毒性实验,比较研究了PFOS及其4种替代品对两栖动物胚胎的发育毒性。结果发现,用调聚法合成的织物三防整理剂和50%的全氟丁基有机铵盐阳离子表面活性剂同PFOS一样对非洲爪蟾胚胎有明显毒性,且织物三防整理剂和表面活性剂的毒性强于PFOS;电解氟化法合成的C4织物及C6织物三防整理剂(以下简称C4及C6织物三防整理剂)对非洲爪蟾胚胎没有明显毒性。与非洲爪蟾不同,PFOS和4种替代品对黑斑蛙胚胎没有明显毒性。结果显示,从生物安全性的角度分析,C4和C6织物三防整理剂可作为PFOS的替代品使用,而织物三防整理剂和表面活性剂的毒性比PFOS大,作为PFOS替代品使用需要慎重考虑。     

胚胎期和哺乳早期全氟辛烷磺酸盐(PFOS)暴露对大鼠肝脏脂肪酸代谢影响的microRNA组学研究

研究低剂量全氟辛烷磺酸(perfluorooctane sulfonate,PFOS)对大鼠幼仔肝脏中microRNA的表达及脂肪酸代谢的影响,并且从microRNA分子角度探讨PFOS对肝脏相关功能影响的分子毒性机制及预测其他一些潜在的毒性效应。PFOS染毒剂量为3.2mg·kg-1,对照组给予同等体积的含2%的聚氧乙烯山梨糖醇酐单月桂酸酯乳化剂(Tween 20),利用高通量miRNA芯片技术观察了胚胎期和哺乳早期经PFOS染毒后出生第1和7天(PND1和PND7)大鼠肝脏组织miRNA的表达情况。结果显示,PFOS能够引起仔鼠肝脏microRNA表达量的变化,PND1和PND7时显著变化的microRNA个数分别为46和9个。miR-125a-3p、miR-23a*、miR-25及miR-494同时在PND1和PND7显著性表达,PND1呈现下调性变化,PND7呈现上调性变化。通过生物信息学和统计学分析发现:PFOS具有大鼠肝脏早期发育毒性,而且胚胎期的毒性效应强于哺乳早期;大鼠幼仔肝脏早期发育中,PFOS对其糖脂代谢及细胞凋亡过程具有毒性效应;胚胎期和哺乳早期,在低剂量PFOS暴露下,β和ω氧化代谢是肝脏脂肪酸代谢的主要方式;脂酰COA合成酶、脂酰COA脱氢酶及烯酰COA水合酶等脂肪酸代谢过程的关键酶,是PFOS暴露下microRNA潜在的靶分子。研究表明,PFOS具有多种肝脏早期发育毒性,低剂量PFOS暴露下,microRNA能够调节肝脏脂肪酸代谢相关靶基因的表达,进而调控脂肪酸代谢过程。     

大鼠胚胎期PFOS暴露致出生早期死亡及神经系统发育影响的基因组学分析

为了阐明PFOS导致新生儿死亡的可能原因和机制,探讨PFOS致死与神经系统发育的相互联系,利用基因芯片技术,观察了经PFOS饲料染毒后出生1和7d大鼠脑组织基因表达情况,通过基因组学(Gene Ontology)和生物路径(Pathway)对差异基因的功能和相互联系进行分析.结果显示,PFOS染毒后,出生1、7d的大鼠脑皮质组织分别有864、642条基因发生差异表达,差异基因涉及的与PFOS致死相关的生物过程包括中枢神经系统发育、血循环系统、刺激应答、骨骼发育、氧化应激、心脏功能以及pH值调节等.结果表明,PFOS导致的出生早期死亡与神经系统发育有关,PFOS可能通过改变脑组织血氧平衡,影响正常的中枢神经系统功能和发育过程而使新生儿的存活率下降.     

胚胎期和哺乳期全氟辛烷磺酸(PFOS)暴露致大鼠学习记忆能力下降

为了探讨全氟辛烷磺酸(PFOS)的发育神经毒性,寻找PFOS发育神经毒性作用的敏感期,利用水迷宫和组织病理切片技术,研究了胚胎期和哺乳期暴露于PFOS后新生大鼠发育情况、学习记忆能力、抓力以及海马组织病理学改变。结果显示：PFOS导致仔鼠发育迟缓,睁眼期延迟。仔鼠出生后体重与对照组相比出现显著性降低。同一PFOS暴露浓度下,胚胎期暴露组体重低于哺乳期暴露组,抓力差异不显著。水迷宫实验结果显示,TT15(胚胎期和哺乳期均暴露于15 mg·L^-1 PFOS)和TC15(仅胚胎期暴露于15 mg·L^-1 PFOS)暴露组仔鼠逃避潜伏期显著高于对照组,且TC15暴露组仔鼠逃避潜伏期显著性高于CT15(仅哺乳期暴露于15 mg·L^-1 PFOS)暴露组。空间探索实验中,TT15暴露组仔鼠在目标象限的游泳时间显著性低于对照组,其他组无显著性差异。组织病理切片结果显示暴露组海马组织细胞数量减少,出现细胞凋亡现象。结果表明,PFOS造成仔鼠的发育延迟以及学习记忆能力下降的关键作用时期可能是胚胎期。     

全氟辛烷磺酸盐(PFOS)替代品对中国白羽鹌鹑的毒性

为研究全氟辛烷磺酸盐(perfluorooctane sulfonate,PFOS)替代品对环境生物的毒害效应,选用中国白羽鹌鹑作为受试生物,建立其环境危害评价毒性测试方法,并对PFOS替代化学品进行了急性经口、急性饲喂及繁殖毒性的风险评价。结果表明,全氟丁基有机铵盐阳离子表面活性剂急性经口毒性实验的LD50为500.44mg·kg-1,其余3种替代化学品在上限浓度2000mg·kg-1,白羽鹌鹑均未出现明显死亡,4种PFOS替代品对中国白羽鹌鹑的急性经口毒性均为低毒。全氟丁基有机铵盐阳离子表面活性剂急性饲喂毒性实验的LC50为970.50mg.kg-1,对白羽鹌鹑的饲喂毒性为中毒,而其余3种替代化学品在上限浓度5000mg·kg-1,白羽鹌鹑均未出现明显死亡,对中国白羽鹌鹑的急性饲喂毒性为低毒。在长期饲喂过程中,织物三防整理剂和C6织物三防整理剂会表现出一定的生殖毒性,造成中国白羽鹌鹑的孵化率降低,胚胎死亡率及未受精率升高;全氟丁基有机铵盐阳离子表面活性剂会影响到中国白羽鹌鹑的未受精率,C4织物三防整理剂未表现出明显的生殖毒性。     

斑马鱼及其胚胎在毒理学中的实验研究与应用进展

作为一种模式生物,斑马鱼具有很多其他模式生物所不具备的优点,已被广泛应用于生物学各领域,具有十分广阔的发展前景.论文首先介绍了斑马鱼的基因组学,包括正向遗传学、反向遗传学以及斑马鱼在药物研发和人类疾病研究中的应用;其次就斑马鱼在发育生物学中的应用进行了概述;最后,介绍了斑马鱼在毒理学各方面(急性毒性、内分泌干扰、发育毒性、神经毒性、血管研究和癌症研究)的应用进展.     

全氟辛烷磺酸盐(PFOS)对半滑舌鳎(Cynoglossus semilaevis)免疫相关基因表达的影响

为了解全氟辛烷磺酸盐(perfluorooctane sulfonate, PFOS)暴露对半滑舌鳎(Cynoglossus semilaevis)免疫功能的影响,在实验室条件下,运用RT-PCR方法分析了PFOS暴露对半滑舌鳎热休克蛋白hsp70、hsp90、C型凝集素(c-type lectin)和细胞色素c氧化酶(cytochrome c oxidase, cox)等4种免疫相关基因表达水平的影响。实验测定了上述4种基因在半滑舌鳎肝、鳃、肠及肌肉4种不同组织中随时间(0、24 h、48 h、96 h和7 d)的表达变化情况。结果表明,在4种组织中,hsp70基因的表达与对照相比为上调,其中,肝组织hsp70基因的表达量显著高于其他各组织,且表达高峰值的出现也早于其他各组织;hsp90基因在肝和鳃组织中表达量随时间不同而波动,在肠组织中表达上调,在肌肉中表达显著下调;c-type lectin基因表达量与对照组相比表达显著下调或无明显差异;cox基因在肝组织和肠组织中表达下调,在鳃和肌肉中表达上调。上述研究结果表明,PFOS能引起免疫相关基因的表达变化,对半滑舌鳎具有潜在的免疫毒性。肝组织中各免疫基因对PFOS胁迫的响应高于其他组织。本研究可为阐明全氟辛烷磺酸盐对半滑舌鳎的免疫毒性提供基础数据。     

出生前后全氟辛烷磺酸（PFOS）暴露对大鼠额叶皮质中IGF-Ⅰ、IGF-ⅠR和IGFBP-2 mRNA水平的影响

为研究出生前后不同时期全氟辛烷磺酸(PFOS)暴露对大鼠仔鼠额叶皮质胰岛素样生长因子-Ⅰ(IGF-Ⅰ)、胰岛素样生长因子-Ⅰ受体(IGF-ⅠR)和胰岛素样生长因子结合蛋白-2(IGFBP-2)mRNA水平的影响,将28只受孕Wistar大鼠按3:2:2的比例随机分到对照(C)、低剂量(L)和高剂量(H)组中,从妊娠第0天开始分别自由摄食含0、7.2、14.4mg·kg-(1以饲料中的PFOS计)的粉末状饲料进行连续染毒至出生后28天.采用交叉哺育的方法建立出生前后均不暴露(CC)、仅出生前暴露(LC和HC)、仅出生后暴露(CL和CH)、出生前后均暴露(LL和HH)于PFOS的动物模型.采用半定量RT-PCR法检测各组仔鼠额叶皮质IGF-Ⅰ、IGF-ⅠR和IGFBP-2mRNA水平的变化.结果表明,对照组仔鼠额叶皮质IGF-Ⅰ、IGFBP-2mRNA在PD14时处于较高水平,而在PD1和PD28时水平较低;IGF-ⅠRmRNA在PD1时只处于较低水平,随年龄的增加而逐渐升高.在PD1时,暴露组仔鼠IGF-Ⅰ、IGF-ⅠR、IGFBP-2mRNA水平显著高于对照组(p<0.05).在PD14时,除LC组仔鼠IGF-ⅠRmRNA水平显著高于对照组之外,其余各暴露组仔鼠3者mRNA水平均显著低于对照组(p<0.01).此外,出生后暴露PFOS组的仔鼠额叶皮质IGF-Ⅰ、IGFBP-2mRNA水平降低程度比出生前暴露PFOS组仔鼠更高.在PD28时,暴露组仔鼠IGF-Ⅰ、IGF-ⅠRmRNA水平显著低于对照组(p<0.01),而IGFBP-2mRNA水平与对照组之间的差异无显著性(p>0.05).出生前后不同时期暴露PFOS导致大鼠仔鼠额叶皮质IGF-Ⅰ、IGF-ⅠR和IGFBP-2mRNA水平变化,为PFOS发育神经毒性的研究提供了一定的线索.