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该研究通过60天土壤暴露实验，发现北方蝮蛇 lizard雄性体内全氟辛酸（PFOA）积累显著高于雌性，并伴随肠道屏障损伤、菌群失调及胆汁酸代谢紊乱等性别特异性毒性效应，为评估土壤PFOA对爬行动物的生态风险提供了机制依据。
张璐瑶|张丹阳|董一雄|李亚楠|郭丽婷|徐布凡|聂玉凡|刁金玲|吴永宁|李国亮
陕西科技大学食品科学与工程学院，中国西安，710021
摘要
土壤中的全氟辛酸（PFOA）对爬行动物的健康构成了严重威胁。鉴于全球爬行动物数量和多样性的下降，迫切需要了解爬行动物对长期暴露于PFOA污染土壤的反应。在本研究中，分布于中国北部的小型蜥蜴Eremias argus被暴露于PFOA（浓度为0.05和0.5 mg/kg）环境中60天。通过检测PFOA负荷、生理参数、组织病理学特征、非靶向代谢组学以及16S rDNA测序来研究土壤PFOA暴露的影响。结果发现PFOA的积累及其相关生物反应存在明显的性别差异：雄性体内的PFOA水平显著较高，而雌性的PFOA负荷相对较低，这可能与母体将PFOA传递给卵子有关。这些性别差异伴随着不同的病理和代谢变化。具体而言，雄性表现出严重的肠道屏障损伤、Bacteroidetes菌群数量减少以及与胆汁酸稳态相关的代谢紊乱；相比之下，雌性的肠道结构相对完整，Bacteroidetes菌群较为稳定，胆汁酸相关的代谢特征也相对稳定，这可能有助于污染物的排泄。总体而言，这些发现揭示了土壤PFOA暴露如何影响爬行动物在敏感生命阶段的生理机能，为未来的生态风险评估提供了重要信息。
引言
全氟辛酸（PFOA）是一种广泛使用的全氟化合物，应用于众多工业过程和消费品中（Garnick等人，2021年）。由于其卓越的化学稳定性、疏水性和抗腐蚀性，PFOA被广泛应用于不粘锅涂层、食品包装材料以及地毯和纸制品的防污涂层（Glüge等人，2020年；Rosenfeld等人，2023年）。然而，PFOA的广泛工业使用引发了对其环境持久性和生态影响的担忧，尤其是在土壤生态系统中。一旦释放到土壤中，PFOA具有很强的抗生物降解性，难以通过常规的物理或化学方法清除（Huang等人，2024年）。实地调查显示，中国严重污染的沿海土壤中PFOA浓度可高达47.7 ng/g（Meng等人，2018年），而在添加了生物固体的土壤中，PFOA浓度通常在1.21至28.5 ng/g之间（Wen等人，2015年）。鉴于其在土壤中的长期存在和积累潜力，PFOA是一种长期存在的环境污染物，其对土壤相关生物的生态影响亟需研究（Cai等人，2021年）。
爬行动物作为外温脊椎动物，经常与土壤环境互动，是最大的脊椎动物群体（Meiri等人，2023年）。它们在陆地食物链中扮演着关键角色，对维持生态系统结构和稳定性至关重要（Nie等人，2023年）。尽管具有生态重要性，但近几十年来全球爬行动物的数量和多样性一直在下降（Chang等人，2022年）。蒙古快跑蜥（Eremias argus）是一种分布在中国北部的小型蜥蜴。由于其腹部经常接触土壤且扩散能力有限，E. argus特别容易受到土壤污染物的影响，因此适合作为评估土壤污染的指示物种（Silva等人，2020年）。尽管在陆地土壤中普遍检测到PFOA，但关于其在E. argus中的生物积累模式和毒理学效应的信息仍然有限。
PFOA的肝毒性效应在哺乳动物模型中已有充分记录（Yang等人，2023年；Zhang等人，2023年）。越来越多的证据表明，肠道微生物群的稳态在维持肝脏健康中起着关键作用，突显了肠道与肝脏之间通过肠道-肝脏轴的紧密双向交流，其中一个部位的紊乱会严重影响另一个部位（Hsu和Schnabl，2023年）。在这一轴中，胆汁酸作为关键的代谢和信号介质：它们在肝脏中合成，分泌到肠道中以促进脂质消化，随后通过肠肝循环重新吸收并返回肝脏（Zhang等人，2022年）。尽管取得了这些进展，但PFOA对肠道稳态的影响及其与肝脏毒性的潜在联系在爬行动物中的机制仍不明确。作为陆地外温动物，蜥蜴不仅通过饮食摄入，还通过皮肤接触直接暴露于受污染的土壤中，这可能增加它们对土壤污染物的敏感性（Chen等人，2017年）。此外，作为食虫脊椎动物，蜥蜴的肠道微生物群与其生理特征与哺乳动物有很大差异，可能导致物种特异性的毒理学反应。
我们之前的研究表明，PFOA暴露可能以性别特异的方式影响蜥蜴的肝脏功能，表现为雌性肝脏脂质水平下降，而雄性脂质积累增加（Zhang等人，2020年）。然而，在繁殖季节这一关键生命阶段（能量需求增加且生理敏感性增强），尚不清楚是否会出现其他性别特异性效应，以及哪些生物过程驱动了这些差异。解决这些不确定性对于全面评估PFOA对爬行动物种群的生态风险至关重要，尤其是在繁殖期间，这一阶段对种群持续性和物种生存至关重要。
在本研究中，Eremias argus被暴露于代表严重污染环境的PFOA污染土壤中60天，该时间选择与该物种大约60天的繁殖季节（5月初至7月初）相吻合。我们重点关注这一敏感时期，评估了PFOA对肝脏健康、肠道微生物群稳态及其潜在性别特异性相互作用的影响。研究采用了生理评估、组织病理学分析、非靶向代谢组学和16S rDNA测序的综合方法。总体而言，本研究旨在评估土壤来源PFOA暴露对陆地爬行动物的生态风险，并识别可能有助于土壤PFOA污染评估的敏感生物指标。
实验细节
蜥蜴暴露实验
本研究使用的蜥蜴来自中国农业大学的一个已建立的繁殖群体。所有个体在暴露前被饲养在实验箱中，并适应实验室条件14天（光照-黑暗周期：14:10小时，温度：24±1°C，相对湿度：50-60%），并可自由获取食物和水。适应后，雄性和雌性蜥蜴被随机分配到三个处理组，并通过
PFOA负荷
为了量化蜥蜴在60天暴露后的PFOA负荷，收集了血浆和卵样本进行PFOA分析。值得注意的是，PFOA暴露对雌性蜥蜴在暴露期间的产卵数量没有显著影响（图S1），表明母体将PFOA传递给卵子并未影响繁殖能力。血浆和卵中的PFOA浓度与剂量显著相关，L组的浓度明显低于H组
结论
总之，本研究表明，60天暴露于PFOA污染的土壤与Eremias argus的肝脏损伤、肝脏脂质代谢紊乱以及肠道微生物组组成的改变和肠道炎症有关。观察到了明显的性别依赖性反应，雄性表现出更明显的毒理学效应，这可能与它们较高的体内PFOA负荷有关。相比之下，雌性的效应较轻
作者贡献声明
吴永宁：指导。 李国亮：指导。 张璐瑶：撰写——原始草稿、方法学、研究、资金获取、数据管理、概念构思。 郭丽婷：方法学、研究。 徐布凡：方法学、研究。 聂玉凡：方法学、研究。 刁金玲：指导。 张丹阳：可视化、方法学、研究。 董一雄：方法学、研究。 李亚楠：方法学、研究
利益冲突声明
? 作者声明他们没有已知的可能影响本文工作的财务利益或个人关系。
致谢
本工作得到了陕西省博士后科学基金（2024BSHSDZZ056）和陕西省自然科学基金（2023-JC-QN-0101）的支持。
