研究人员从分子角度揭示了全氟辛烷磺酸（PFAS）的神经毒性效应

全氟烷基和多氟烷基物质（PFAS）通常被称为"永远的化学品"，以其在水、土壤甚至人脑中的持久性而闻名。它们能够穿过血脑屏障并在脑组织中蓄积，这引起了人们的极大关注，但人们对其神经毒性作用的机制仍然知之甚少。

布法罗大学的研究人员最近进行的一项研究确定了 11 个基因，它们可能在揭示大脑如何对这些广泛使用的环境持久性化学物质做出反应方面起着至关重要的作用。

研究发现，无论测试的是哪种全氟辛烷磺酸化合物，这些基因（其中一些涉及对神经元健康至关重要的过程）都会受到全氟辛烷磺酸暴露的持续影响，要么表达得更多，要么表达得更少。 例如，所有化合物都会导致一种对神经细胞存活至关重要的基因表达减少，而另一种与神经细胞死亡有关的基因表达增加。

"我们的研究结果表明，这些基因可能是未来检测和监测全氟辛烷磺酸诱导的神经毒性的标记物，"主要共同通讯作者、哥伦比亚大学文理学院化学系玛乔丽-E-温克勒博士特聘教授 G. Ekin Atilla-Gokcumen 博士说。

不过，这项发表在ACS化学神经科学上的研究还是发现，根据所测试的化合物，还有数百个基因的表达发生了不同方向的变化。 此外，PFAS在细胞中的累积水平与它导致不同基因表达的程度之间并无关联。

布法罗大学化学教授 G. Ekin Atilla-Gokcumen 和 Diana Aga 的实验室领导的一项研究发现了一些有关全氟和多氟烷基物质（即众所周知的永生化学物质）神经毒性作用的分子线索。 图片来源：Meredith Forrest Kulwicki/布法罗大学

综合来看，这表明每种类型的全氟辛烷磺酸都有不同的分子结构，从而促使基因表达发生变化。

"尽管全氟辛烷磺酸具有某些共同的化学特征，但其形状和大小却各不相同，从而导致其生物效应也各不相同。 因此，了解我们自身的生物学如何对不同类型的全氟辛烷磺酸做出反应具有重要的生物医学意义，"该研究的另一位共同通讯作者、纽约州立大学化学系特聘教授兼 Henry M. Woodburn 讲座教授、纽约州立大学 RENEW 研究所所长 Diana Aga 博士说。

Atilla-Gokcumen补充说："全氟辛烷磺酸会对细胞产生非常不同的影响，这取决于它们的链长或头基团。我们不应该把它们看作是一大类化合物，而应该把它们看作是我们需要单独研究的化合物。"

其他作者包括生物科学系教授、博士 Omer Gokcumen。 该研究得到了美国环境保护局（EPA）的支持。

全氟辛烷磺酸不会立即产生毒性。 我们几乎每天都会接触到它们，包括通过饮用水和食品包装接触到它们，但却没有注意到。

Atilla-Gokcumen说："因此，研究人员需要在细胞过程的更上游找到评估点，而不仅仅是细胞的生死。"

研究小组决定重点研究全氟辛烷磺酸如何影响类神经细胞的基因表达，以及全氟辛烷磺酸如何影响脂质，脂质是帮助构成细胞膜以及其他重要功能的分子。 接触不同的全氟辛烷磺酸 24 小时后，脂质发生了轻微但明显的变化，700 多个基因的表达也不同。

在测试的六种全氟辛烷磺酸中，PFOA 曾常用于不粘锅，最近被美国环保署认定为有害物质是迄今为止影响最大的一种。 尽管PFOA的摄入量很小，但它改变了近600个基因的表达--没有其他化合物改变的基因超过147个。 特别是，PFOA 降低了突触生长和神经功能相关基因的表达。

总之，这六种化合物导致涉及缺氧信号、氧化应激、蛋白质合成和氨基酸代谢的生物通路发生变化，而所有这些都对神经元的功能和发育至关重要。

研究发现，有 11 个基因对所有六种化合物的表达方式相同，或多或少。 其中一个持续下调的基因是间脑星形胶质细胞衍生神经营养因子，它对神经细胞的存活非常重要，已被证明能逆转大鼠神经退行性疾病的症状。 持续上调的基因之一是硫氧还蛋白相互作用蛋白，它与神经细胞死亡有关。

"在我们检测的所有全氟辛烷磺酸中，这 11 个基因都表现出一致的调控。 "Atilla-Gokcumen说："这种一致的反应表明，它们可以作为评估全氟辛烷磺酸暴露的有希望的标志物，但要知道这些基因对其他类型的全氟辛烷磺酸是如何反应的，还需要进一步的研究。"

尽管全氟辛烷磺酸可能有害，但现实情况是，目前还没有找到好的替代品。这些化合物也许可以在食品包装等应用中被取代，但它们在消防和半导体制造等领域的有效性可能需要长期保持。

这就是为什么像这样的研究至关重要，Atilla-Gokcumen 说。 大多数基因对不同化合物的反应各不相同，而且全氟辛烷磺酸摄入细胞与它们导致的基因表达变化程度之间缺乏相关性，这突出表明了这些化合物各自的独特性。

"如果我们了解了某些 PFAS 比其他 PFAS 更有害的原因，我们就可以优先淘汰最严重的 PFAS，同时寻找更安全的替代品。 例如，我们正在探索短链全氟辛烷磺酸等替代品，因为它们在环境中的持久性较低，在生物系统中的积累也较少。 然而，这些替代品的持久性降低可能会影响其在某些应用中的有效性，而且人们担心这些替代品可能会对健康产生未知影响，因此需要进一步调查。 "Atilla-Gokcumen 解释说："需要进一步研究，以确保这些替代品在特定应用中真正更安全、更有效。这项研究是实现这一目标的重要一步。"

编译自/scitechdaily