《Environment & Health》：Transcriptomic Perturbations in Placental Gene Expression Following Developmental Exposure to Perfluorooctanoic Acid (PFOA) or Hexafluoropropylene Oxide-Dimer Acid (HFPO–DA or GenX) in CD-1 Mice Are Consistent with Placental Insufficiency
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本研究通过小鼠模型探讨了发育期暴露于全氟辛酸（PFOA）及其替代物六氟环氧丙烷二聚酸（GenX）对胎盘基因转录组的扰动，揭示了与胎盘功能不全（Placental Insufficiency）和母体血管灌注不良（Maternal Vascular Malperfusion）相关通路（如FXR/RXR激活、急性期反应信号、脂肪酸代谢等）的显著富集，为理解PFAS类物质诱发不良妊娠结局（如子痫前期、低出生体重）的分子机制提供了关键通路（Pathway）层面的证据。
本研究深入探讨了怀孕CD-1小鼠在胚胎期E1.5至E11.5或E17.5暴露于两种全氟/多氟烷基物质（PFAS）——全氟辛酸（PFOA；1或5 mg/kg/天）及其替代物六氟环氧丙烷二聚酸（HFPO-DA，或称GenX；2或10 mg/kg/天）后，胎盘在形态计量学、转录组学和通路水平上的变化。
3.1. 胎盘基因表达
转录组分析显示，在使用严格的差异表达基因（DEGs）筛选标准（绝对倍数变化≥2且P≤0.005）时，暴露组胎盘中的显著DEGs数量较少。然而，当采用较宽松的标准（绝对倍数变化≥1.5且P≤0.05）时，在至少一个处理组中鉴定出96个显著DEGs。对其中65个上调基因进行的基因本体（GO）富集分析显示，这些基因主要富集于细胞杀伤、先天免疫反应、对细菌的反应等生物过程。对31个下调基因的分析则富集于对甲醇/铬酸盐的反应、丝氨酸型内肽酶活性的负调控等过程。通过qPCR对部分基因（如Prl基因家族成员）的验证结果与转录组数据高度一致。值得注意的是，泌乳素（Prl）基因家族的表达发生了改变，例如在E11.5时1 mg/kg PFOA暴露组中Prl5a1表达上调，而在E17.5雌性胎盘中1和5 mg/kg PFOA暴露组中Prl3a1表达下调。
3.2. 通路分析
与单个基因的变化相比，通路层面的分析揭示了更显著的扰动。通过MSigDB标志性通路分析和Ingenuity通路分析（IPA），研究者发现了多个显著富集的通路，且这些通路具有发育时间点和性别特异性。在E17.5暴露于5 mg/kg PFOA的雌性胎盘中，富集的通路数量最多，包括脂肪生成、脂肪酸代谢、血红素代谢、MYC靶点、氧化磷酸化和TGF-β信号通路上调。而在E17.5暴露于5 mg/kg PFOA的雄性胎盘中，则发现了血管生成、胆固醇稳态、凝血、上皮-间质转化（EMT）和雌激素反应晚期等通路的下调。跨组别常见的显著富集通路包括LXR/RXR激活、FXR/RXR激活、急性期反应信号、促红细胞生成素信号、铁稳态信号通路和鞘磷脂代谢。上游调控因子分析鉴定出多个显著富集的基因，如DMRT1、FOXA3、MBTD1和PIN1等，这些因子在胎盘发育早期（如蜕膜化、滋养层侵袭）中起关键作用。
3.3. 胎盘形态计量学
对E17.5胎盘进行的形态计量学分析显示，高剂量PFOA和GenX暴露导致雌性和雄性胎盘迷路区面积显著增加。在5 mg/kg PFOA暴露的雄性胎盘中，总胎盘面积也显著增加。同时，相对蜕膜区面积在高剂量GenX和PFOA组中显著减少。此外，在5 mg/kg PFOA暴露的雄性胎盘中，母体螺旋动脉的平均血管面积与管腔面积之比显著增加，提示动脉重塑受损。这些形态学改变与此前报道的、与母体血管灌注不良一致的组织病理学变化相吻合。
3.4. 基因表达-表型关联分析
为探究基因表达变化与胎盘表型之间的关联，研究进行了相关性分析。在E17.5胎盘中，数百个基因的表达与至少一种表型终点（如胎儿/胎盘重量比、形态计量学参数、组织病理学严重程度评分）显著相关。例如，在雄性胎盘中，Apoa2、Serpina1b和Gm8893的表达与蜕膜区-交界区面积比呈正相关。在雌性胎盘中，2310036O22Rik、Gm13316和Met的表达与母体血窦扩张程度呈正相关。这些关联为理解特定基因在介导PFAS暴露所致胎盘结构异常中的作用提供了线索。
3.5. 定量不良结局通路（qAOP）分析
研究者将转录组数据映射到Rogers等人（2023）提出的关于新生儿死亡和低出生体重的假定不良结局通路（AOP）网络。分析结果显示，多个分子起始事件（MIE）和关键事件（KE）被显著富集。例如，在AOP1（新生儿死亡）中，PPARα激活、PPARγ激活、CAR/PXR激活等MIE，以及滋养层侵袭和血管生成减少等细胞/器官水平的关键事件被富集。在AOP2（低出生体重/胎儿生长受限）和AOP3（新生儿死亡）中也观察到了相关MIE（如甲状腺素运载蛋白结合、PPARγ下调）的富集。这一分析从AOP框架层面支持了PFOA和GenX暴露可能通过干扰特定分子通路导致胎盘功能不全和不良出生结局的假说。
4. 讨论
本研究从通路水平揭示了PFOA和GenX暴露干扰胎盘功能的潜在分子机制，主要涉及以下几个核心生物学过程：
- 1.
止血与血栓炎症过程：凝血通路、补体系统、急性期反应信号等通路的紊乱，与观察到的母体血管灌注不良表型一致，提示PFAS暴露可能通过破坏止血平衡而增加妊娠期高血压疾病（如子痫前期）的风险。
- 2.
先天免疫反应与炎症：IL-12信号、急性期反应等通路的变化表明PFAS暴露可能导致胎盘免疫适应不良，这与PFAS已知的免疫毒性作用相符。
- 3.
脂质、胆固醇与胆汁酸代谢：脂肪酸代谢、胆固醇稳态、FXR/RXR激活、胆汁酸代谢和鞘磷脂代谢等通路的显著扰动，表明PFAS可能破坏了胎盘的能量供应、营养转运和脂质稳态。这会影响胎儿的营养供给，并可能与后代长期的心代谢健康风险相关。
- 4.
胎盘发育与缺氧反应：上皮-间质转化（EMT）通路的下调、缺氧信号通路的改变，以及Prl基因家族、Met等与滋养层侵袭、血管重塑相关基因的表达变化，共同指向PFAS可能干扰了胎盘的早期发育和适应缺氧环境的正常过程。
- 5.
性别差异：研究发现某些通路扰动和基因-表型关联存在性别特异性，例如E17.5雄性胎盘在5 mg/kg PFOA暴露下显示出更多显著改变的通路。这反映了胎盘作为性别二态性器官对毒性暴露的可能差异反应，尽管在本研究中性别差异并非最突出的变异来源。
5. 结论
综上所述，妊娠期暴露于PFOA或GenX会在小鼠胎盘中引起转录组水平的扰动，尽管单个差异表达基因数量有限，但在通路层面揭示了广泛而显著的影响。这些影响集中于止血、先天免疫、脂质/胆汁酸代谢及胎盘发育相关通路，与观察到的胎盘形态计量学改变（如螺旋动脉重塑受损、迷路区扩大、蜕膜区减少）和组织病理学损伤（符合母体血管灌注不良）相一致。本研究结果从机制上支持了PFAS暴露可能导致胎盘功能不全的假说，并为其与人类子痫前期、低出生体重等不良妊娠结局的关联提供了可能的分子解释。未来的研究需要结合更大样本、多组学方法（如代谢组学、脂质组学）或空间转录组学，以进一步验证和细化这些机制发现。
