《Environment International》：Identification of potential mechanisms of cognitive dysfunction induced by environmentally relevant PFAS mixture in male rats
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本研究针对环境相关浓度全氟和多氟烷基物质（PFAS）混合物暴露的神经毒性机制尚不明确的问题，通过28天亚慢性暴露雄性大鼠模型，结合行为学、分子生物学及多组学技术，揭示了PFAS混合物可损害空间学习记忆能力，其机制与神经递质紊乱、炎症反应增强、神经元损伤及肠道屏障功能受损密切相关，并首次发现外泌体miRNA和血浆代谢物的特异性改变，为评估PFAS的神经毒性风险提供了重要科学依据。
在工业化进程飞速发展的今天，一类具有高度持久性的化学物质——全氟和多氟烷基物质（PFAS）——正悄然渗透到我们赖以生存的水体和土壤中。这些物质因其出色的化学稳定性、防水防油性而被广泛应用于纺织品、不粘锅、消防泡沫等众多工业和生活产品中。然而，这种“便利”的背后却隐藏着巨大的环境与健康隐患。PFAS难以降解，可在环境和生物体内长期蓄积，并通过受污染的饮用水等途径进入人体。以往的研究多聚焦于单一PFAS成分在高浓度下的毒性效应，这与现实环境中多种PFAS以低浓度混合物形式共存暴露的情况相去甚远，特别是其对大脑认知功能的影响及其内在机制，如同一片亟待探索的迷雾。
为了拨开这层迷雾，来自山西医科大学法医学院的研究团队在《Environment International》上发表了一项深入研究。他们模拟真实环境中的PFAS组成，将八种常见的PFAS（包括PFBA、PFPeA、PFHxA、PFHpA、PFOA、PFBuS、PFHxS和PFOS）按特定比例混合，以环境相关浓度（低至0.001 mg/kg体重）乃至更高剂量（高达7.000 mg/kg体重）连续28天经口灌胃给予雄性Sprague-Dawley大鼠，旨在系统评估该混合物对学习记忆功能的影响，并深入探究其潜在的生物学机制。
研究人员运用了多项关键技术方法：通过新位置识别和莫里斯水迷宫实验评估大鼠的认知行为；采用组织病理学、尼氏染色、免疫组织化学、TUNEL染色和免疫荧光技术观察海马和结肠的组织结构、神经元存活、凋亡、胶质细胞活化及紧密连接蛋白表达；利用酶联免疫吸附测定检测血清、海马和结肠中的神经递质和炎症因子水平；并整合了外泌体转录组学、血浆非靶向代谢组学和粪便宏基因组学进行多组学分析，以揭示分子层面的扰动。
研究结果揭示了PFAS暴露对认知功能的显著损害。行为学测试表明，暴露于PFAS混合物，尤其是在超高剂量下，大鼠对新位置的识别能力下降，在莫里斯水迷宫实验中寻找隐藏平台的潜伏期延长，在目标象限的停留时间缩短，提示其空间学习记忆能力受损。
在分子机制层面，研究发现PFAS暴露导致了神经递质分泌紊乱，表现为血清中5-羟色胺水平的显著降低。同时，炎症反应被增强，血清和海马组织中促炎细胞因子如白细胞介素-1β、白细胞介素-6、肿瘤坏死因子-α和γ-干扰素的水平升高，而抗炎因子白细胞介素-10的水平则呈现下降趋势。
组织病理学检查提供了直接的形态学证据。在海马组织，HE和尼氏染色显示神经元萎缩、尼氏体减少；TUNEL染色显示细胞凋亡增加；免疫组化显示成熟神经元标志物NeuN表达下降；免疫荧光则发现小胶质细胞标志物Iba-1和星形胶质细胞标志物GFAP阳性细胞数增加，表明神经炎症和胶质细胞活化。在结肠组织，HE染色显示肠腺坏死和炎症细胞浸润，免疫组化显示紧密连接蛋白Occludin和ZO-1的表达减少，提示肠道屏障功能受损。
多组学分析为理解PFAS的神经毒性提供了更深入的见解。外泌体转录组学分析鉴定出17个与PFAS暴露共同相关的微小RNA，其中5个通过RT-qPCR进行了验证。这些miRNA的靶基因富集于MAPK信号通路、FoxO信号通路、cAMP信号通路、神经营养因子信号通路等多个与神经毒性密切相关的通路。血浆非靶向代谢组学则筛选出7个与PFAS暴露相关的特征性代谢物，其涉及的胆汁分泌、类固醇激素生物合成、PPAR信号通路、花生四烯酸代谢等通路发生显著扰动。宏基因组学分析显示，PFAS暴露改变了肠道菌群的结构，并鉴定出多个差异微生物物种。进一步的关联分析揭示了特定肠道微生物与神经毒性相关代谢物之间的显著相关性，提示了微生物群-肠-脑轴在PFAS神经毒性中的作用。
综上所述，本研究通过整合行为学、病理学和多组学分析，有力地证明了环境相关浓度PFAS混合物亚慢性暴露可导致雄性大鼠认知功能障碍。其机制涉及神经递质紊乱、神经炎症、神经元损伤和凋亡、肠道屏障破坏，以及外泌体miRNA、血浆代谢物和肠道菌群的协同扰动，这些改变很可能通过微生物群-肠-脑轴相互影响，共同促成了神经毒性效应。该研究不仅为PFAS混合物的神经毒性风险评估提供了重要的实验证据，也为理解环境污染物通过肠-脑轴影响中枢神经系统健康开辟了新的视角，对公共卫生和环境保护政策的制定具有重要的启示意义。
