近日，上海交通大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院戴家銀教授團(tuán)隊(duì)在環(huán)境領(lǐng)域著名期刊《Environmental Science & Technology》上發(fā)表了題為《Exposure to a GenX Homologue Results in Sexually Dimorphic Bile Acid Metabolism Disorders Mediated by Hepatic PPARα in Mice》的研究成果。該研究系統(tǒng)揭示了新型全氟及多氟烷基化合物（PFAS）PEDMO2HpA在小鼠體內(nèi)誘導(dǎo)的性別依賴性肝毒性，并首次闡明肝臟PPARα信號(hào)通路在PFAS所致膽汁酸代謝雌雄差異中發(fā)揮關(guān)鍵調(diào)控作用。論文第一作者為上海交通大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院任萬(wàn)蘭博士，通訊作者為盛南副教授，第一完成和通訊單位均為上海交通大學(xué)。
01 研究背景
全氟及多氟烷基物質(zhì)（PFAS）是一類具有高度環(huán)境持久性和生物累積性的污染物，傳統(tǒng)PFAS如PFOA已被列為持久性有機(jī)污染物并被認(rèn)定為人類致癌物。為替代PFOA，以GenX及其同系物為代表的新型PFECAs被廣泛使用，但其潛在健康風(fēng)險(xiǎn)尚未明確。PEDMO2HpA作為GenX的結(jié)構(gòu)類似物，已在太湖流域水體、食品乃至人體血清中檢出，其毒性機(jī)制尤其是性別差異效應(yīng)亟待闡明。
目前，大多數(shù)毒理學(xué)研究以雄性動(dòng)物為主，忽視了性別差異對(duì)毒性反應(yīng)的影響。這種雄雌比較的缺乏，嚴(yán)重削弱了這些發(fā)現(xiàn)對(duì)于理解人類性別特異性風(fēng)險(xiǎn)的相關(guān)性。解決這一差距，對(duì)于準(zhǔn)確評(píng)估環(huán)境污染物對(duì)兩性的影響至關(guān)重要。肝臟作為PFAS的主要靶器官，具有顯著的性別二態(tài)性，其在代謝、解毒和疾病易感性方面均存在性別差異。因此，開展PEDMO2HpA的性別特異性毒性研究具有重要科學(xué)和公共衛(wèi)生意義。
02 研究?jī)?nèi)容
本工作針對(duì)新型全氟替代物PEDMO2HpA的肝毒性機(jī)制展開研究。首先通過(guò)28天亞慢性暴露實(shí)驗(yàn)評(píng)估了PEDMO2HpA（0-0.5 mg/kg/d）對(duì)小鼠的肝臟毒性效應(yīng)。28天暴露后，雌性小鼠在0.1和0.5 mg/kg/d劑量組的血清和肝臟中PEDMO2HpA蓄積水平顯著高于雄性，分別達(dá)到雄性的2.76倍和2.61倍（血清）及2.03倍和2.76倍（肝臟），表明存在明顯的性別差異性生物蓄積（圖1）。
圖1. 雌雄小鼠經(jīng)28天暴露后血清和肝臟中PFDMO2HpA的化學(xué)結(jié)構(gòu)及含量
毒性評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，雌性小鼠表現(xiàn)出更為嚴(yán)重的肝損傷：在0.5 mg/kg/d劑量下，雌性相對(duì)肝重量增加172.12%，顯著高于雄性的118.49%；血清中肝損傷指標(biāo)ALT、AST和ALP活性分別升高994.49%、84.50%和459.75%，且膽汁酸代謝紊亂尤為突出，血清和肝臟總膽汁酸水平分別增加687.76%和47.23%（圖2）。即使在調(diào)整內(nèi)暴露水平后，雌性仍表現(xiàn)出更高的生物學(xué)敏感性（圖2E）。基于雌雄小鼠肝腫大、血清肝損傷指標(biāo)水平及膽汁酸鹽水平，推導(dǎo)得出PFDMO2HpA的參考劑量為6.67 ng/kg/d，低于其同系物HFPO-DA的參考劑量（30 ng/kg/d美國(guó)環(huán)保署）。團(tuán)隊(duì)前期研究發(fā)現(xiàn)，氟化工園區(qū)周邊2-11歲兒童通過(guò)膳食攝入PFDMO2HpA的暴露水平達(dá)7.52-8.49 ng/kg/d，已超過(guò)參考劑量，而12歲以上居民的攝入水平也已經(jīng)接近參考劑量，提示氟化工園區(qū)周邊居民可能面臨PFDMO2HpA暴露的潛在健康風(fēng)險(xiǎn)，值得進(jìn)一步調(diào)查和公共衛(wèi)生關(guān)注。
圖2. PFDMO2HpA暴露對(duì)雄性和雌性小鼠肝損傷的影響
進(jìn)一步通過(guò)轉(zhuǎn)錄組學(xué)探究了PFDMO2HpA的肝毒性機(jī)制（圖3）。差異表達(dá)分析顯示，隨著劑量升高，雌雄共享差異基因數(shù)呈劑量依賴性增加。值得注意的是，雌鼠在0.1和0.5 mg/kg/d劑量下的性別特異性差異基因數(shù)量顯著高于雄鼠。對(duì)差異表達(dá)基因進(jìn)行富集，發(fā)現(xiàn)雌性富集通路數(shù)同樣遠(yuǎn)超雄性，雌鼠特異性富集的5條通路中，膽汁分泌通路最為顯著（圖3B）。針對(duì)膽汁酸轉(zhuǎn)運(yùn)代謝相關(guān)基因的深入分析表明，多數(shù)基因（如Ephx1、Slco1a1、Abcc4等）在雌性中表達(dá)水平的變化更為顯著（圖3C）。
圖3. PFDMO2HpA暴露后雌雄小鼠肝臟差異表達(dá)基因的生物信息學(xué)分析
小鼠肝臟中膽汁酸轉(zhuǎn)運(yùn)與合成相關(guān)蛋白的表達(dá)水平變化也表明雌性小鼠更敏感（圖4）。膽汁酸合成的關(guān)鍵限速酶CYP7A1在雌性小鼠0.1及0.5 mg/kg/d劑量組中均顯著上調(diào)，而雄性僅在0.5 mg/kg/d組出現(xiàn)上調(diào)，且上調(diào)幅度低于雌性。在轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)蛋白中，SLCO1A1、ABCC4、EPHX1、SLC10A1、SLCO1A4和SULT2A1在相同暴露水平下，雌性中的表達(dá)變化幅度均大于雄性，表明雌性對(duì)PFDMO2HpA的毒性響應(yīng)更為敏感（圖4B）。基于上述結(jié)果，我們提出了一個(gè)機(jī)制假說(shuō)：PFDMO2HpA通過(guò)激活PPARα抑制FXR信號(hào)通路，導(dǎo)致膽汁酸代謝紊亂；同時(shí)其通過(guò)抑制雌激素受體、上調(diào)雄激素受體產(chǎn)生性別差異性調(diào)控。這些核受體間的拮抗/協(xié)同作用共同解釋了雌性小鼠更易出現(xiàn)膽汁酸蓄積和肝毒性的內(nèi)在機(jī)制（圖4C）。
圖4. PFDMO2HpA暴露后雌雄小鼠膽汁酸合成及代謝相關(guān)蛋白的表達(dá)水平
為明確PPARα在介導(dǎo)PFDMO2HpA性別差異性肝毒性中的作用，本研究利用肝特異性PPARα敲除（PPARαΔHep）小鼠進(jìn)行了驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)雌性小鼠的高蓄積性和嚴(yán)重膽汁酸代謝紊亂現(xiàn)象均顯著緩解（圖5）。PFDMO2HpA在雌性敲除小鼠血清中的濃度降至同劑量雄性的0.43–0.50倍，而在肝臟中時(shí)與雄性相當(dāng)或略高（圖5B–C）。盡管PPARα缺失后，PFDMO2HpA仍可在肝臟中蓄積，但肝損傷指標(biāo)物無(wú)明顯變化，且性別間差異消失（圖5D-G）。此外，PPARα敲除后，PFDMO2HpA暴露引起的肝臟差異表達(dá)基因數(shù)量大幅減少，而膽汁酸代謝相關(guān)基因在雌雄小鼠體內(nèi)均無(wú)顯著擾動(dòng)（圖5H–I）。表明肝臟PPARα是介導(dǎo)PFDMO2HpA毒性性別差異的核心因子，其缺失可逆轉(zhuǎn)雌性原有的高蓄積–高敏感性模式。
圖5. 肝臟特異性PPARα敲除小鼠（PPARαΔHep）的構(gòu)建，及PPARαΔhep雌、雄小鼠在暴露于PFDMO2HpA后，血清和肝臟中的PFDMO2HpA含量、肝毒性指標(biāo)和轉(zhuǎn)錄組變化。
原文信息：Wanlan Ren et al., Exposure to a GenX Homologue Results in Sexually Dimorphic Bile Acid Metabolism Disorders Mediated by Hepatic PPARα in Mice. Environ Sci Technol. 2025 Nov 14. doi:10.1021/acs.est.5c08503. Online ahead of print.
作者簡(jiǎn)介
盛南，上海交通大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院副教授。主要研究方向包括：新型環(huán)境污染物的危害識(shí)別和高通量篩查；環(huán)境污染物與生物大分子的相互作用及其生物毒性效應(yīng)；新型含氟化合物毒性效應(yīng)的分子機(jī)制研究。主持國(guó)家自然科學(xué)基金委青年項(xiàng)目1項(xiàng)、面上項(xiàng)目1項(xiàng)。以項(xiàng)目骨干身份參加科技部重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目2項(xiàng)、國(guó)家自然科學(xué)基金委區(qū)域聯(lián)合基金重點(diǎn)項(xiàng)目2項(xiàng)、上海市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)社發(fā)項(xiàng)目2項(xiàng)。近年來(lái)圍繞新型含氟化合物的健康危害及機(jī)制，開展了環(huán)境調(diào)查、動(dòng)物實(shí)驗(yàn)、計(jì)算機(jī)模擬等多層次研究，在Environ. Sci. Technol、Environ. Int.、J. Hazard. Mater.、Arch. Toxicol.等期刊共發(fā)表SCI論文40余篇。
戴家銀，上海交通大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，特聘教授（2021.1-至今），入選國(guó)家高層次人才計(jì)劃。先后主持科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金委杰青、重點(diǎn)、重大國(guó)際合作等項(xiàng)目。長(zhǎng)期從事全氟及多氟烷基化合物（PFAS）的篩查識(shí)別、環(huán)境行為及毒性機(jī)制研究。近年來(lái)在Environ Health Perspect.、Environ. Sci. Technol、Environ. Int.、J. Hazard. Mater.等國(guó)際著名學(xué)術(shù)刊物上發(fā)表PFAS相關(guān)的SCI論文120余篇，他引6000余次，連續(xù)入選愛思唯爾中國(guó)高被引學(xué)者。擔(dān)任中國(guó)毒理學(xué)會(huì)環(huán)境與生態(tài)毒理學(xué)專業(yè)委員會(huì)常務(wù)委員、中國(guó)環(huán)境學(xué)會(huì)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)專業(yè)委員會(huì)委員、中國(guó)環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì)持久性有機(jī)污染物專業(yè)委員會(huì)委員、中國(guó)毒理學(xué)會(huì)計(jì)算毒理專業(yè)委員會(huì)委員，以及Environmental Pollution、Chemical Research in Toxicology雜志副主編。