《Environmental Pollution》：HFPO-TA induces cardiac developmental damage in zebrafish by disrupting mitochondrial dynamics through FABP3
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研究显示，六氟丙烷氧化物三聚酸（HFPO-TA）通过激活脂肪酸结合蛋白3（FABP3）、抑制PPARγ/PGC-1α信号通路，导致线粒体动态失衡和细胞凋亡，从而引发心脏发育毒性。在斑马鱼胚胎中，CRISPRi敲低FABP3可缓解心脏畸形，恢复PPAR通路活性，平衡线粒体动态，减少凋亡。该机制为先天性心脏病防治提供了新证据。
刘星|夏明珠|吴欣怡|陈若冰|彭玉婷|范毅|韩俊杰|赵一春
扬州大学医学院公共卫生学院，中国扬州225009
摘要
六氟丙烯氧化物三聚酸（HFPO-TA）作为全氟辛酸（PFOA）的广泛替代品，引发了对其潜在心脏毒性的担忧。本研究探讨了HFPO-TA引发心脏发育毒性的机制。通过网络毒理学和分子对接分析，发现过氧化物酶体增殖激活受体（PPAR）信号通路和脂肪酸结合蛋白-3（FABP3）是关键靶点。在斑马鱼胚胎中，HFPO-TA暴露导致了明显的心脏发育毒性，表现为心包水肿、心率增加以及心脏发育相关基因（gata4、nkx2.5、sox9b、vmhc）表达下调。机制分析显示，HFPO-TA上调了FABP3的表达，同时抑制了PPARγ及其共激活因子PGC-1α。这些变化通过抑制融合相关因子（Mfn1、Mfn2、Opa1）并增强分裂相关因子（Drp1、Fis1）来破坏线粒体动态，进而促进了细胞凋亡。值得注意的是，CRISPRi介导的FABP3敲低实验减轻了心脏畸形，改善了心脏发育相关基因的表达，恢复了PPAR信号通路的活性，平衡了线粒体动态，并减少了细胞凋亡。总体而言，HFPO-TA通过激活FABP3、抑制PPARγ/PGC-1α轴、破坏线粒体动态以及诱导细胞凋亡来引发心脏发育毒性。FABP3是HFPO-TA引发心脏发育毒性的关键调节因子，为先天性心脏病的潜在干预靶点提供了毒理学证据。
引言
先天性心脏病（CHD）是一种常见的出生缺陷，其特征是心脏结构和功能异常，出生时就已存在。CHD通常由胎儿期心脏和主要血管的发育障碍引起。全球新生儿CHD的发病率约为0.8%至1.2%，在亚洲这一比例高达每1000个活产婴儿中有9.3例[1],[2]。CHD是儿童死亡的主要原因之一，给受影响家庭带来了巨大的经济负担，并继续构成重要的公共卫生挑战[3]。CHD的病因是多因素的，包括遗传易感性和环境暴露[4]。孕妇在怀孕期间接触药物、病毒感染和环境污染物与CHD风险增加有关[5],[6]。
全氟化和多氟烷基物质（PFASs）是一类合成化学品，因其对水和脂质的强抗性及优异的热稳定性而被广泛用作工业操作和消费品中的表面活性剂[7]。全球多项研究表明，PFASs在人类产前和围产期广泛存在。在母体血清或血浆、脐带血清或血浆、母乳、羊水以及胎儿器官组织中均检测到了PFASs的暴露[8]。流行病学调查发现，妊娠期间接触特定PFASs或PFASs混合物与CHD风险增加有关[8]。其中，全氟辛酸（PFOA）被大量使用。由于其高环境持久性、生物累积潜力和毒性，全球范围内对其的限制和监管措施不断增加[9],[10]。监管压力加速了短链和多氟烷基醚类替代品的发展和应用。六氟丙烯氧化物三聚酸（HFPO-TA）已成为PFOA的常用替代品。早期工业化应用过程中监管不足导致HFPO-TA直接排放到工业废水中，随后在多个水系统中频繁被检测到[11]。例如，中国某氟聚合物生产设施附近的萧清河中HFPO-TA浓度范围为5,200 ng/L至68,500 ng/L[12]。最新研究显示，氟化工工业区排放水中的HFPO-TA浓度高达447,000 ng/L[13]。毒理学研究表明，HFPO-TA可通过破坏血睾屏障[14]、损害线粒体能量代谢和线粒体生物发生[15]以及表现出致畸性[16]、代谢毒性[7]和肠道毒性[17]来诱导生殖毒性。然而，将环境暴露于HFPO-TA与心脏发育毒性和CHD之间的机制联系仍较为有限。阐明HFPO-TA引发心脏发育毒性的机制对于完善PFOA替代品的毒理学特性和支持CHD的潜在干预靶点识别至关重要。
脂肪酸结合蛋白-3（FABP3），也称为心脏型脂肪酸结合蛋白（H-FABP），在心肌细胞中高度且优先表达[18]。FABP3编码一种细胞质脂质伴侣蛋白，有助于长链脂肪酸的细胞内运输和代谢，从而支持心脏持续收缩所需的能量需求[19]。心肌缺血或损伤后，FABP3可迅速释放到循环系统中，升高的FABP3水平已被用作心肌损伤的敏感生物标志物[20],[21]。除了脂质处理外，FABP3还参与调节细胞增殖、细胞凋亡和炎症信号传导。最新研究进一步将FABP3的功能与过氧化物酶体增殖激活受体（PPAR）信号通路联系起来[22],[23]。作为控制脂质代谢和能量平衡的核心通路，PPAR信号通路对心脏稳态至关重要，并参与多种心脏病理过程。PPAR活性的改变与心肌肥厚、心力衰竭、缺血-再灌注损伤和动脉粥样硬化的发生和发展有关[24],[25]。PPAR信号通路还通过调节线粒体功能来调节心肌细胞的能量供应[26]。线粒体功能和质量控制对胚胎心脏发育至关重要，稳定的线粒体网络依赖于紧密协调的融合和分裂过程。线粒体动态的破坏与心脏功能障碍和发育异常有关[25]。然而，HFPO-TA如何破坏线粒体动态并导致心脏发育毒性的具体机制尚不清楚。
斑马鱼与人类在基因上具有高度同源性，其心脏电生理特性和主动脉弓形成模式与人类相似[27],[28]。它们的胚胎心脏发育迅速，受精后24小时开始形态发生，72至96小时时心房和心室完全发育[29],[30]。胚胎和幼体的光学透明性为观察提供了极佳条件[31]。因此，斑马鱼模型被广泛用于心脏发育和心血管疾病的研究。
网络毒理学分析表明，HFPO-TA可能通过干扰PPAR信号通路来促进CHD。因此，我们假设HFPO-TA通过FABP3干扰PPAR信号通路，从而破坏线粒体动态并导致心脏发育损伤。本研究使用斑马鱼胚胎作为发育模型，并结合分子分析和基因敲低实验，明确了PFOA替代品HFPOA促进CHD的毒性机制，并提供了与CHD预防和干预相关的毒理学证据。
毒素靶点和疾病基因筛选
毒素靶点和疾病基因收集结果
CTD和ChEMBL分别获得了3,545个和2个HFPO-TA候选靶点。经过整合和去重后，最终得到3,547个独特的HFPO-TA靶点。GeneCards、OMIM和PharmGKB分别检索到16,472个、628个和2个与CHD相关的基因。由于GeneCards中的条目数量较多，保留了相关性得分大于或等于中位数（5.988506556）的8,236个基因进行后续分析。跨数据库合并和去重后，得到8,701个独特的
讨论
近年来，作为PFOA替代品的HFPOA因其环境持久性和潜在毒性而受到越来越多的关注[13],[46]。先前的研究已报道HFPO-TA暴露后会出现心脏发育毒性[47]。孙等人报告称，HFPO-TA在斑马鱼中引起了明显的心包水肿和BA-SV距离增加，同时伴有心脏发育相关基因表达的改变[48]。与这些研究结果一致，本研究也证实了这一点
结论
研究结果表明，FABP3在HFPO-TA引发的心脏发育毒性中起着核心作用。HFPO-TA上调FABP3表达，抑制PPARγ/PGC-1α轴，破坏线粒体融合-分裂平衡，并促进细胞凋亡，这些共同作用损害了心脏发育。这些发现进一步证明了PFOS替代品HFPO-TA的心脏毒性，并支持将FABP3作为预防和干预HFPO-TA相关CHD的潜在靶点。
CRediT作者贡献声明
彭玉婷：研究、数据整理。范毅：研究、数据整理。陈若冰：方法学、研究。夏明珠：撰写初稿、方法学、研究、数据整理。吴欣怡：方法学、研究。刘星：撰写、审稿与编辑、方法学、概念构建。韩俊杰：可视化、研究。赵一春：可视化、研究
伦理声明
本研究已获得扬州大学实验室动物福利与伦理委员会（202510054）的批准。
利益声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文研究结果的竞争性财务利益或个人关系。
竞争利益声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文研究结果的竞争性财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到了国家自然科学基金（编号81903357）的支持。
