全氟或多氟烷基物质（PFAS），通常被称为“永久化学物质”，能够在大脑中持续存在并改变基因表达，可能引发神经毒性。布法罗大学的一项研究确定了11个受PFAS影响的关键基因，为理解其影响并指导更安全替代品的选择提供了见解。
布法罗大学研究人员揭示PFAS的神经毒性分子机制
全氟或多氟烷基物质（PFAS），通常被称为“永久化学物质”，以其在水、土壤甚至人体大脑中的持久性而闻名。
它们能够穿越血脑屏障并在脑组织中积累，引发了重大关切，但其神经毒性的机制仍不完全清楚。
最近，布法罗大学的研究人员进行了一项研究，确定了11个可能在揭示大脑如何应对这些广泛使用的、环境持久性化学物质方面发挥关键作用的基因。
这些基因中的一些参与了对神经元健康至关重要的过程，在暴露于PFAS后，这些基因的表达要么增加，要么减少，具体取决于测试的PFAS化合物类型。例如，所有化合物都导致一个对神经元细胞生存至关重要的基因表达减少，而另一个与神经元细胞死亡相关的基因表达增加。
“我们的研究结果表明，这些基因可能是未来检测和监测PFAS诱导的神经毒性的标志物，”该研究的共同通讯作者之一、布法罗大学艺术与科学学院化学系的G. Ekin Atilla-Gökçumen博士说。
然而，这项发表在《ACS Chemical Neuroscience》上的研究还发现，数百个基因的表达变化方向因测试的化合物而异。此外，PFAS在细胞内的积累水平与其引起基因表达差异的程度之间没有相关性。
这表明每种PFAS的独特分子结构驱动了基因表达的变化。
“尽管PFAS具有一些共同的化学特性，但它们的形状和大小各不相同，导致生物效应的差异。因此，了解我们自身生物学如何反应于不同类型的PFAS具有重大的生物医学意义，”该研究的另一位共同通讯作者、布法罗大学化学系杰出教授兼RENEW研究所主任Diana Aga博士说。
“根据它们的链长或头部基团，PFAS可以对细胞产生非常不同的影响，”Atilla-Gökçumen补充道。“我们不应将它们视为一大类化合物，而是应分别调查每种化合物。”
其他作者包括生物科学系的Omer Gökçumen博士。该研究得到了美国环境保护署（EPA）的支持。
基因表达的升降
PFAS并不是立即有毒。我们几乎每天都会接触到它们，包括通过饮用水和食品包装，但我们不会注意到。
“因此，研究人员需要在细胞过程的更上游找到评估点，而不仅仅是看细胞是否存活或死亡，”Atilla-Gökçumen说。
研究团队决定关注PFAS如何影响类似神经元细胞的基因表达，以及PFAS如何影响脂质，即帮助构成细胞膜并执行其他重要功能的分子。24小时暴露于不同PFAS后，脂质发生了适度但明显的变化，超过700个基因的表达也有所不同。
在测试的六种PFAS中，曾经广泛用于不粘锅并被EPA认定为有害的全氟辛酸（PFOA），影响最为显著。尽管其吸收量很小，PFOA却改变了近600个基因的表达——没有其他化合物改变超过147个基因。特别是，PFOA减少了涉及突触生长和神经功能的基因表达。
总体而言，这六种化合物引起了涉及缺氧信号传导、氧化应激、蛋白质合成和氨基酸代谢等生物途径的变化，所有这些对于神经元的功能和发育至关重要。
在这11个基因中，有6个在所有六种化合物的作用下表现出一致的表达方式，要么增加，要么减少。其中一个始终下调的基因是中脑星形胶质细胞衍生神经营养因子，它对神经元细胞的生存非常重要，并已被证明可以逆转大鼠的神经退行性疾病症状。一个始终上调的基因是硫氧还蛋白相互作用蛋白，它与神经元细胞死亡有关。
“这11个基因在我们测试的所有PFAS中表现出一致的调控。这种统一反应表明，它们可能作为评估PFAS暴露的有希望的标志物，但仍需进一步研究以了解这些基因如何响应其他类型的PFAS，”Atilla-Gökçumen说。
寻找最不坏的选择
尽管PFAS有害，但现实是还没有找到好的替代品。
这些化合物可以在食品包装中被替换，但在灭火和半导体制造等应用中，可能需要长期继续使用。
这就是为什么像这样的研究至关重要，Atilla-Gökçumen说。大多数基因对不同化合物的反应各异，以及PFAS进入细胞的水平与其引起基因表达变化的程度之间缺乏相关性，突显了这些化合物的独特性。
“如果我们能理解为什么某些PFAS比其他更有害，我们可以优先淘汰最糟糕的化合物，同时寻求更安全的替代品。例如，短链PFAS正在探索中，因为它们在环境中持续的时间较短，且在生物系统中积累较少。然而，它们较低的持久性可能会以有效性为代价，并且存在潜在未知的健康影响，需要进一步研究。进一步的研究对于确保这些替代品真正更安全且适用于特定用途至关重要，”Atilla-Gökçumen解释道。“这项研究是实现这一目标的重要一步。”
参考文献：“通过转录组学和脂质组学分析研究PFAS在分化神经元细胞中的神经毒性机制”由Logan Running、Judith R. Cristobal、Charikleia Karageorgiou、Michelle Camdzic、John Michael N. Aguilar、Omer Gökçumen、Diana S. Aga和G. Ekin Atilla-Gökçumen撰写，2024年11月27日，《ACS Chemical Neuroscience》。DOI: 10.1021/acschemneuro.4c00652
该研究由环境保护署资助。
(全文结束)
