《Environmental Research》：Perfluoroalkyl and polyfluoroalkyl substances (PFAS) in trace levels via drinking water diminishes mouse embryo mitochondria function across three generations.
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本研究通过长期和短期暴露于低剂量PFAS饮用水，评估其对小鼠卵子存活和胚胎发育的影响。结果表明，PFAS暴露导致胚胎线粒体功能障碍、DNA损伤及胎儿体重下降，且影响可跨代传递，且不可逆。该发现揭示了PFAS干扰女性生育的机制，对水质政策有重要启示。
作者名单：Yasmyn E. Winstanley、Donna L. Holland、Nicole O. McPherson、Erin Barrera、Haley S. Connaughton、Darryl L. Russell、Sarah A. Robertson、Cameron J. Shearer、Rebecca Robker
研究机构：澳大利亚南澳大利亚州阿德莱德大学生物医学学院Robinson研究所
摘要
全氟烷基和多氟烷基物质（PFAS）具有合成性质且难以降解，它们以微量存在于市政饮用水中。接触PFAS与女性不孕和发育异常有关，但这些化合物如何影响卵巢功能和胚胎发生尚不清楚。因此，本研究探讨了通过饮用水接触PFAS对卵子存活率和胚胎发育的影响。当地自来水中的PFAS含量约为3 ng/L，主要为PFOS、PFOA和PFHxS。实验中，雌性小鼠被给予含有5 ng/L或50 ng/L这两种PFAS化合物的纯净水，或饮用普通自来水，持续时间为4周或6个月。研究人员分析了三代的排卵情况、卵子质量、胚胎发育和胎儿体重。结果显示，接触PFAS的小鼠（无论是暴露4周、6个月还是仅前4周）的胚胎都表现出线粒体功能受损、DNA损伤以及细胞数量减少，胎儿体重也较低。无论暴露时间如何，胚胎表型均无显著差异。尽管后代饮用的是纯净水，但F1代（PFAS暴露小鼠的女儿）和F2代（F1代小鼠的孙女）的胚胎表型仍显示出类似的问题。为确定因果关系及这些缺陷是否可逆，研究人员用调节线粒体的化合物处理了胚胎，结果表明PFAS暴露会不可逆地损害线粒体的关键功能。这些发现揭示了PFAS破坏女性生育能力的细胞靶点和机制，表明PFAS会导致哺乳动物胚胎的代际影响，并对水质政策具有重要意义。
引言
全氟烷基和多氟烷基物质（PFAS）是一类广泛应用于工业和消费品中的合成化合物，已有70多年的历史[1]。由于PFAS难以降解，它们会在环境中和生物体内长期累积[1]。这类化合物的结构特征是碳链上连接着氟原子，形成的碳-氟键是有机化学中最稳定的键之一[2]，其长而疏水的碳链使其具有高度的生物累积性[2]。许多历史上使用的PFAS（如全氟辛酸（PFOA）、全氟辛烷磺酸（PFOS）和全氟己烷磺酸（PFHxS）已在许多国家停止生产。然而，由于长期使用，环境中仍存在微量PFAS污染，包括在食品和饮用水中[3]。其中，PFOS和PFOA是最常见的PFAS类型，PFHxS也经常被检测到[4]。
全球对PFAS暴露的环境和流行病学影响日益关注，许多地区正在修订安全标准。美国环境保护署（EPA）最新的《国家饮用水法规》将PFOA和PFOS的最大污染物浓度（MCL）设定为4.0 ng/L，PFHxS为10 ng/L[5]。尽管一些国家的饮用水安全标准允许更高的PFAS含量，例如澳大利亚现行的安全标准为PFOA 200 ng/L、PFOS 8 ng/L和PFHxS 30 ng/L[6]。然而，由于对导致生理效应的细胞靶点和机制了解不足，确定PFAS的安全水平仍具有挑战性。需要开展模拟实际暴露情况（如通过饮用水）的严格控制研究。
PFAS暴露对女性生育能力的影响已有大量文献记录，包括青春期延迟、受孕延迟、婴儿出生体重低以及早绝经等[7-19]。在女性体内，PFAS可存在于卵巢及卵泡液中，其浓度通常超过20 μg/L[20-23]。在实施取卵和体外受精（IVF）的过程中，血清中PFAS水平升高会降低获得高质量胚胎的几率[24, 25]。这些临床观察表明PFAS会影响卵巢功能，因此我们研究了实际环境中的PFAS水平对卵子质量和胚胎发育的影响。
为了模拟人类通过市政供水系统接触PFAS的情况，实验中雌性小鼠被给予含有三种常见PFAS（PFOS、PFOA和PFHxS）的饮用水，总剂量为5 ng/L或50 ng/L，符合当地的安全标准[6]。研究人员全面检测了卵子和植入前胚胎的形态、发育动态以及细胞活力（包括线粒体活性和DNA损伤）。研究比较了短期（4周）和长期（6个月）暴露的影响，并探讨了细胞损伤是否可逆。同时监测了胎儿发育、后代生长和跨代生育能力，以评估孕期累积的PFAS是否会影响下一代。结果表明，即使低浓度的PFAS也会对卵子和胚胎造成损伤，并且这些发育异常会遗传给后代。
研究方法
本研究采用小鼠模型，在体内模拟了人类通过市政供水系统接触PFAS的情况，使用了相关剂量、组合和给药方式，以探讨其对卵子和胚胎发育的“实际”影响。结果显示，类似市政自来水中含量的PFAS会损害胚胎的线粒体功能、导致DNA损伤、减少囊胚细胞数量，并降低胎儿体重，这种影响可遗传至下一代。
数据来源
本研究分析了南澳大利亚州阿德莱德四个中央商务区工作场所和四个住宅区的自来水中的28种PFAS含量（表1）。总PFAS浓度范围为1.5 ng/L至4.9 ng/L，其中PFOS、PFOA和PFHxS是最常见的化合物，在至少一半的样本中含量相当[1]。基于这些数据，设计了相应的实验方案。
讨论
本研究通过小鼠模型验证了PFAS的“实际”影响。结果表明，类似市政自来水中含量的PFAS暴露会损害胚胎的线粒体功能、导致DNA损伤、减少囊胚细胞数量，并降低胎儿体重。这些发现有助于揭示PFAS影响生育能力的细胞靶点和机制。
小鼠信息
实验所用小鼠包括Western Australian Animal Resources Centre（ARC）提供的C57BL/6和CBA F1代小鼠（6-8周龄），以及阿德莱德大学Laboratory Animal Services（LAS）提供的CBA F1代小鼠。小鼠生活在12小时光照/12小时黑暗的环境中，自由摄取水和10%脂肪的啮齿动物饲料。所有实验均获得阿德莱德大学动物伦理委员会（M-2021-087）的批准，并遵循相关伦理规范进行。
作者贡献声明
Erin Barrera：实验设计。
Haley Connaughton：实验设计、方法学研究、数据分析。
Nicole McPherson：方法学研究、数据分析。
Cameron Shearer：实验设计、数据管理、资金申请、数据分析、概念构建。
Darryl Russell：实验设计、数据管理、资金申请。
Sarah Robertson：实验设计、数据管理、资金申请。
Rebecca Robker：实验设计、数据管理。
资金支持
本研究得到了Robinson研究所创新种子基金（YEW）、健康与医学科学学院早期研究资助（YEW）、Channel 7儿童研究基金会（研究项目编号45642590，YEW）以及澳大利亚国家健康与医学研究委员会（NHRMC，资助编号2013362和1117976，RLR）的资助。
利益冲突声明
Rebecca Robker表示获得了National Health and Medical Research Council的财务支持；Yasmyn Winstanley表示获得了Channel Seven Children’s Research Foundation的财务支持。其他作者声明没有已知的潜在利益冲突或个人关系。
致谢
作者感谢阿德莱德显微镜成像设施提供的专业帮助，并使用BioRender软件绘制了相关图表。
