环境浓度下的全氟辛酸（PFOA）及其新兴替代物质对小鼠和人类来源的小胶质细胞的影响：一项比较研究

《Environmental Research》：Effects of PFOA and emerging alternatives at environmental concentrations on murine- and human-derived microglia: A comparative study

本研究比较了全氟辛酸（PFOA）、六氟丙烷氧化物二聚酸（GenX）和全氟丁磺酸（PFBS）对人类和小鼠来源的微胶质细胞神经毒性的影响。通过分析不同浓度（0-10,000 ng/mL）PFAS的氧化应激指标（ROS、CAT、MDA、SOD、GSH）、炎症因子（IL-1β、IL-6、TNF-α）、吞噬功能及TREM2/SYK信号通路，发现PFOA的神经毒性最强，GenX次之，PFBS最弱。所有PFAS均导致微胶质细胞氧化应激、炎症激活和吞噬功能受损，且在亚细胞毒性浓度（10 ng/mL）下即可检测到上述效应。该研究为新兴PFAS替代品的神经毒性评估提供了系统依据。

　　

吴克月|周顺|唐敖雪|陶俊彦|陈云|周浩|尤明丹

公共卫生学院，教育部环境污染监测与疾病控制重点实验室，贵州医科大学，贵阳市，贵州561113，中国

摘要

全氟辛酸（PFOA）是一种受到监管关注的长链PFAS化合物，具有环境持久性，并与神经毒性相关。包括六氟丙烯氧化物二聚酸（GenX）和全氟丁烷磺酸（PFBS）在内的短链替代品已被广泛采用。然而，这些物质在环境浓度下对小胶质细胞的影响仍研究不足。本研究旨在比较PFOA、GenX和PFBS在人源和小鼠源小胶质细胞中的神经毒性。细胞分别暴露于三种PFAS的不同浓度（0、0.1、1、10、100、1000和10,000 ng/mL）下。使用PROASTweb版本70.1软件进行了剂量-反应分析。检测了氧化应激指标（ROS、CAT、MDA、SOD、GSH）、促炎细胞因子（IL-1β、IL-6、TNF-α）、小胶质细胞吞噬活性和活化标志物以及TREM2/SYK信号通路。结果表明，在暴露72小时后，PFOA的神经毒性作用强于GenX和PFBS。此外，这三种PFAS均诱导了氧化应激、小胶质细胞活化及吞噬功能受损，并导致HMC3和BV2细胞中TREM2/SYK信号通路的失调。同时，所有三种PFAS均上调了促炎细胞因子IL-1β、IL-6和TNF-α的表达。结果表明，PFOA的毒性效应最为显著，而GenX和PFBS的毒性效应逐渐减弱。总之，我们发现这三种化合物均会导致小胶质细胞功能障碍，包括氧化应激、炎症激活和吞噬能力下降，其损伤程度依次为：PFOA > GenX > PFBS。本研究为传统PFAS与新兴PFAS对人和小鼠小胶质细胞的影响提供了比较评估，有助于系统性地评估新兴PFAS替代品的神经毒性。

引言

全氟和多氟烷基物质（PFAS）是一大类工业化合物，广泛应用于制造领域。例如，它们作为表面活性剂用于工业过程和产品中，为织物和食品容器提供防水、防油和防污性能，并作为灭火用水膜泡沫的关键成分（Di Nisio等人，2022；Leeson等人，2021；Sonne等人，2023a）。由于PFAS具有化学和生物降解抗性，被归类为持久性化学物质。通过水、食物和空气的广泛暴露，几乎所有发达国家的人群血液中都能检测到PFAS的存在，且已报告相关的健康影响（Bogdan等人，2024；Fenton等人，2021；Liang等人，2024；Miao等人，2024；Wang等人，2024；Zheng等人，2024）。因此，出于健康考虑，多个国家已永久淘汰了某些特定应用中的传统PFAS（Hunt，2019；Sonne等人，2023b；Union，2020）。尽管如此，由于PFAS在工业生产和消费应用中的关键作用，人们开发了多种新兴替代品，并在各种环境中得到广泛应用。其中，六氟丙烯氧化物二聚酸（GenX）和全氟丁烷磺酸（PFBS）是重要的替代品（Pan等人，2018；Rios-Bonilla等人，2024；Xu等人，2021）。

由于碳链较短，这些新兴PFAS化合物在工业应用中的环境持久性较低（Bao等人，2018；Wang等人，2016）。然而，关于这些新兴PFAS替代品的环境和人类健康安全问题日益引起关注。它们是否真的更安全仍有待进一步证实（Pan等人，2018）。GenX和PFBS已在多个国家的地表水和地下水中检测到，并有证据表明它们在附近的动植物中积累（Blake等人，2020；Gebbink和van Leeuwen，2020；Viticoski等人，2022；Wang等人，2019）。研究发现，在生产和使用20年后，PFBS已成为重要的全氟化环境污染物（Gkika等人，2025；Zhang等人，2023；Zhou等人，2013）。2019年，GenX被列入欧洲化学机构的“高度关注物质”名单（Qi等人，2024；Xu等人，2022）。虽然某些国家已淘汰了特定应用中的PFOA，但其环境半衰期极长，人体内的半衰期可达2.3至8.8年（Li等人，2018；Wang等人，2013；Xu等人，2020）。最近的研究在人类血浆样本中检测到了这三种PFAS，强调了它们对人类健康的潜在风险（Coperchini等人，2020；Foguth等人，2019；Kamendulis等人，2014；Liu等人，2023；Liu等人，2020a；Sant等人，2019）。然而，这些PFAS对神经炎症的相对风险仍不明确。

小胶质细胞是中枢神经系统（CNS）的主要先天免疫细胞，在生理和病理条件下对维持大脑稳态起着重要作用（Prinz等人，2019）。它们作为大脑损伤的第一道防线，能够根据大脑环境的变化迅速调整其表型和功能。当中枢神经系统微环境受到干扰时，小胶质细胞会被迅速激活并释放多种效应分子来保护神经元（Li和Barres，2018；Saijo和Glass，2011）。然而，小胶质细胞的过度激活会通过释放促炎细胞因子（如肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、白细胞介素-6（IL-6）和白细胞介素-1β（IL-1β）损害周围的健康神经元，最终导致神经毒性（Wang等人，2021）。最新研究发现，这些化合物在人脑中积累，并与神经毒性效应相关（Cao和Ng，2021；Gonella等人，2025）。小胶质细胞被认为是PFAS暴露的关键调节因子，影响正常的脑发育和功能（Chambers等人，2021；Plunk和Majewska，2023）。然而，关于PFOA及其新兴替代品（包括PFBS和GenX）对哺乳动物小胶质细胞的影响的证据有限。

最新研究表明，短链PFAS也可能产生有害健康影响，其危害程度可能与长链PFAS相当甚至更严重（Gomis等人，2018；Zhang等人，2021）。目前关于PFBS和GenX对小胶质细胞不良影响的研究非常有限。虽然已有研究表明PFOA可诱导小胶质细胞的炎症反应，但其毒性是否大于PFBS或GenX仍不清楚。本研究的目的是比较PFOA与新兴替代品PFBS和GenX对人和小鼠源小胶质细胞的细胞毒性作用。评估了暴露于这三种PFAS化合物的小胶质细胞的存活能力、氧化应激标志物、炎症激活谱型和吞噬功能的变化。尽管这些结果尚处于初步阶段，但有助于为PFAS替代品的安全性参数制定提供依据，并为下一代化合物的合理设计提供参考。

化学物质

PFOA（J&K Scientific Ltd.，北京，中国；纯度95%），PFBS（Sigma-Aldrich，圣路易斯，MO，美国；纯度98%）和GenX（SynQuest Laboratories，阿拉楚阿，FL，美国；纯度97%）溶解在二甲基亚砜（DMSO；Solario Science Technology，北京，中国）中（Cannon等人，2020；Liu等人，2020c）。细胞培养基中的DMSO最终浓度为0.1%，所有试剂使用前均新鲜配制。

细胞培养和处理

HMC3和BV2小胶质细胞系来自武汉Procell Technology

PFOA、PFBS和GenX对小胶质细胞存活能力的影响

为了评估PFOA、PFBS和GenX对BV2和HMC3小胶质细胞存活能力的影响，将细胞暴露于不同浓度的这些化合物（0、0.1、1、10、100、1000和10,000 ng/mL）下，时间分别为24小时、48小时和72小时，如图S1和S2所示。PFOA、PFBS和GenX的暴露降低了小胶质细胞的存活能力。具体来说，BV2细胞在PFOA浓度高于1000 ng/mL下暴露24小时、100 ng/mL下暴露48小时或0.1 ng/mL下暴露48小时时，存活能力明显下降

讨论

PFAS因其可能对生态系统和人类健康产生负面影响而受到广泛关注。2006年，美国环境保护署启动了“PFOA管理计划倡议”以减少长链PFAS化合物（碳链长度为八个或更多，≥C8）的生产和使用。中国生态环境部已将长链PFAS（包括PFOA和PFOS）列入相关名单

结论

综上所述，这项比较分析揭示了毒性顺序（PFOA > GenX > PFBS），其中PFOA在亚细胞毒性浓度（10 ng/mL）下就表现出强烈的氧化应激和炎症反应诱导作用。这些发现通过识别受环境影响的特定分子通路，扩展了传统PFAS和新兴PFAS的神经毒性风险评估

作者贡献声明

周顺：数据可视化、方法学设计、实验实施、数据分析。吴克月：初稿撰写、数据可视化、方法学设计、实验实施、数据分析。陶俊彦：撰写、审稿与编辑。唐敖雪：数据可视化、方法学设计、实验实施。周浩：撰写、审稿与编辑、项目监督、概念构思。陈云：撰写、审稿与编辑。尤明丹：撰写、审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、方法学设计、资金支持

利益冲突

作者声明没有潜在的利益冲突。

利益冲突声明

? 作者声明没有已知的可能会影响本文研究的财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了贵州医科大学的优秀青年人才计划（资助编号2023/108）、全国大学生创新创业培训计划（资助编号202210660107）以及贵州省大学生创新创业培训计划项目（资助编号S2024106601272）的支持。