全氟及多氟烷基物质与金属联合暴露对表观遗传衰老的联合效应

《Toxics》：Combined Effect of Per- and Polyfluoroalkyl Substances and Metals on Epigenetic Aging Faustina Acquaah and Emmanuel Obeng-Gyasi

环境污染物如全氟及多氟烷基物质（PFAS）和有毒金属已被证实与生物衰老有关，但其联合效应仍知之甚少。本研究评估了PFAS、铅和镉混合物与美国全国代表性样本中50岁及以上成年人多个基于DNA甲基化的表观遗传衰老指标之间的关联。数据来自1999–2000年和2001–2002年全国健康与营养调查（NHANES）。分析样本包括1119名拥有七种PFAS、血铅、镉及DNA甲基化指标数据的参与者。表观遗传衰老结局包括HannumAge、HorvathAge、SkinBloodAge、PhenoAge、GrimAge和DunedinPoAm。采用多变量线性回归和贝叶斯核机器回归（BKMR）评估个体及联合暴露-反应关系。结果显示，镉与表观遗传衰老指标表现出最一致的正相关，尤其针对第二代时钟PhenoAge和GrimAge。铅与GrimAge呈正相关，而PFAS的关联性则更为多变且普遍较弱，其中全氟壬酸（PFNA）显示出最一致的信号。混合物分析表明，较高的联合暴露水平与较高的DNA甲基化年龄估算值相关，且在第二代时钟中观察到的模式更强。这些发现表明，PFAS、铅和镉的联合暴露与美国老年成年人的较高表观遗传衰老相关，其中镉是观察到的混合物效应的关键贡献者。将环境暴露作为混合物进行评估，可为共存的污染物如何共同影响生物衰老提供重要见解。

研究人员针对环境污染物联合暴露对生物衰老的影响机制尚不明确这一科学问题，开展了一项基于美国全国代表性人群的大型横断面研究，相关成果发表在《Toxics》期刊。该研究旨在填补PFAS与重金属在统一混合物框架下联合评估的空白，通过高精度的表观遗传时钟技术，解析多种环境毒物共存时对细胞衰老进程的叠加或交互作用。

为实现上述目标，研究人员采用了多项关键技术方法。首先，研究依托于1999–2002年的全国健康与营养调查（NHANES）数据，构建了包含1119名50岁及以上参与者的分析队列。在暴露评估方面，利用高效液相色谱-串联质谱法（HPLC–MS/MS）测定血清中7种PFAS浓度，采用多元素原子吸收光谱法测定血铅和血镉。在结局指标测定上，从全血中提取DNA并进行重亚硫酸盐转化，利用Illumina Infinium MethylationEPIC BeadChip v1.0芯片检测DNA甲基化水平，并计算了包括第一代（HannumAge, HorvathAge, SkinBloodAge）和第二代（PhenoAge, GrimAge）及第三代（DunedinPoAm）在内的六种表观遗传时钟。统计分析中，除常规多变量线性回归外，核心采用了贝叶斯核机器回归（BKMR）模型来处理高维混合物数据，评估非线性及交互效应，并通过后验包含概率（PIPs）量化各污染物的相对重要性。

研究结果具体如下：

描述性统计

加权分析显示，参与者平均年龄为63.2岁，平均BMI为28.8 kg/m²。在污染物浓度方面，PFOS均值最高，其次为PFOA和PFHS；血铅和血镉均值分别为2.71 μg/dL和0.70 μg/dL。人口学特征显示样本以非西班牙裔白人为主，教育程度和收入水平分布广泛。

Spearman相关矩阵分析

PFAS化合物间存在中度至强相关性，提示存在共同的暴露源。相比之下，金属间相关性较弱。在暴露与结局的关联上，第一代时钟与环境污染物的相关性普遍较弱，而第二代时钟（尤其是PhenoAge和GrimAge）与镉和铅呈现出微弱的正相关，DunedinPoAm亦显示类似趋势。

贝叶斯核机器回归结果

在BKMR框架下，后验包含概率（PIPs）分析表明，镉对HannumAge、PhenoAge、GrimAge和DunedinPoAm具有高度至极高的贡献概率，是混合物中的主要驱动因子。HorvathAge对所有暴露均显示出低PIP值。SkinBloodAge则显示出更分散的混合特征。

单变量暴露-反应函数

分析显示，镉与多个衰老指标（特别是HannumAge、PhenoAge、GrimAge和DunedinPoAm）呈现显著的非线性（倒U型）关联，即在低至中等浓度时效应陡峭上升，高浓度时趋于平缓。相比之下，铅和大多数PFAS的关系曲线较为平坦。

双变量暴露-响应函数

联合暴露分析显示，结局指标具有异质性和特异性。第一代时钟的联合敏感性普遍较低，而第二代时钟显示出更结构化的联合模式。例如，PhenoAge在高铅和高镉水平下表现出正关联。

基于分位数的双变量暴露-响应函数

大多数暴露对的基于分位数的联合关联较为温和，曲线重叠度高，表明交互作用总体较弱。镉是唯一显示出明显交互作用的物质，其关联强度随共暴露物的分位数变化而变化。

多种污染物对表观遗传衰老结局的总体暴露效应

当所有暴露物同时从25分位数增至75分位数时，GrimAge显示出最强的响应，即从低暴露水平的负估计值转变为高暴露水平的正估计值。SkinBloodAge和DunedinPoAm也显示出随暴露增加而上升的趋势。

金属和PFAS对表观遗传衰老的单变量效应

单暴露分析进一步证实了镉的主导地位，其对所有表观遗传时钟均表现出正关联，且在GrimAge和DunedinPoAm中效应量最大。PFNA是唯一表现出与GrimAge正相关的PFAS。

金属和PFAS对表观遗传衰老的单变量交互效应

交互效应总体较弱，大部分估计值接近零。尽管镉在某些模型中显示出轻微的正交互作用，但整体而言，各污染物间的相互影响有限。

在讨论部分，研究人员深入剖析了结果背后的生物学机制。镉被确认为一致性最强的生物衰老预测因子，这归因于其诱导氧化应激、DNA双链断裂及通过NF-κB信号通路促进细胞衰老相关分泌表型（SASP）因子过表达的能力，这些机制与GrimAge所捕捉的炎症和血管功能障碍高度吻合。铅则主要通过干扰钙信号和内分泌调节，特异性地影响GrimAge。PFAS的影响则更为异质，其中PFNA因其较长的半衰期和激活PPARα调节脂质代谢与炎症的特性，成为PFAS家族中与衰老关联最密切的物质。此外，研究强调了第二代时钟（如GrimAge）相比第一代时钟对环境污染物的更高敏感性，因为它们更能反映生理失调而非单纯的时序年龄。

研究结论指出，在美国50岁及以上的成年人中，PFAS、镉和铅的联合暴露与表观遗传衰老加速相关。镉是混合物效应中最关键的贡献者，其效应在第二代和第三代表观遗传时钟中尤为显著。该研究强调，采用混合物分析方法评估环境暴露对生物衰老的影响，比单一污染物分析更具公共卫生学意义，提示减少镉等特定有毒金属的暴露可能有助于减缓生物衰老进程。