全氟烷酸类碳链异构体的人体差异化富集与消除分子机制研究

Medium and long chain perfluoroalkyl acids(PFAAs) are of high bioaccumulation capacity, and the half-life of perfluorooctane sulfonate (PFOS) in human was reported to be even more than 5 years. Carbon-chain isomerism and chain length have been observed to contribute to the diverse bioaccumulation and elimination profiles of different PFAA isomers and congeners even though phase I biotransformation make no significant difference. Unfortunately, the underlying mechanisms for such differentiation in human are not clear at a molecular basis until now. This project will focus on the effect of carbon-chain isomerism on the bioaccumulation and elimination behavior of PFAAs in human since it result in different level of body burden and health risk. Integrated research methods will be adopted to couple biomonitoring technique and cohort analysis with in vitro bioassays and in silico prediction. On one hand, we will collect human samples such as serum and urine the sampled population to calculate the body burden and renal clearance. On the other hand, we will apply both in vitro bioassays and in silico simulation to explore the binding affinity and interaction mode of PFAAs with related proteins prevalent in storage, transport, and delivery of PFAAs such as human serum albumin, liver fatty acid binding protein, and organic anion transporter proteins. Consequently, models of PFAAs bioaccumulation and elimination will be established by determining the key parameters controlling how PFAAs may transport, distribute, deliver and even cross various barriers in human body. Such will help to reveal the differential accumulation and elimination mechanism of PFAA isomers in human. The achievement of this project will offer scientific evidence and technical support for health risk assessment of PFAAs.

典型的中长链全氟酸类(PFAAs)具有很强的生物富集能力，其中全氟辛基磺酸(PFOS)在人体内半衰期可达5年以上。虽然PFAAs碳链异构体均不易发生I相转化，但PFAAs碳链异构体在人体富集消除特征存在显著差异，遗憾的是其差异化效应的分子机制仍不清晰。鉴于PFAAs的富集消除对其体负荷乃至健康效应具有重要的影响，本项目拟采用PFAAs污染区域人群负荷和相关健康指标监控与实验室生物测试与分子模拟相结合的手段，重点对典型碳链异构PFAAs人体富集和消除机制进行研究。在暴露评价中，血液、尿液等生物样本用于估算体负荷和清除能力。分子模拟与生物测试探明PFAAs与人血清白蛋白、肝脂肪酸结合蛋白、有机阴离子转运蛋白等体内储库和转运分子选择性作用模式和效应，结合必要的人群调查数据建立涵盖体内转运、分布积累和跨越组织屏障等因素的富集清除模型，揭示碳链异构PFAAs人体内差异化富集消除的分子机理和结构基础。

PFAAs是目前人体血清中检出含量最高的持久性有机污染物之一，中长链全氟酸类(PFAAs)具有很强的生物富集能力。职业暴露工人体内PFAAs浓度极高，并且PFAAs对胎儿、儿童等易感人群产生了一定的有害结局。虽然近年来传统PFAAs,如PFOS，PFOA受到国际公约的管控，然而这些受控PFAAs的替代品大部分仍为具有大量碳氟键的PFASs，目前这些新型的PFASs进入人体后的富集和消除研究仍然较少。本项目结合人群研究、分析方法开发和理论计算等多种环境健康研究手段，通过系统采样研究，确定了通过灰尘摄入是职业工人PFAAs的主要暴露途径；在PFAAs碳链异构体与人体典型转运蛋白差异化作用机理研究中，直接以人群作为研究对象，发现支链PFAAs比直链PFAAs更容易从人体中通过尿液排除，进一步以人体主要转运蛋白（HSA，L-FABP）对不同碳链结构PFAAs结构选择机制为突破口，在分子尺度上将污染物-蛋白相互作用与血样、尿样等样品中异构体组成特征相互印证，解释了碳链异构对其在人体中富集消除的影响，揭示不同碳链结构PFAAs人体差异化富集消除的分子基础。本项目在研究过程中与时俱进，将新型PFAAs纳入了研究范围，在实验室建立了微量血清PFASs检测的整体解决方案，该方法无需前处理，25微升血清样品直接进入湍流色谱-液相质谱系统，在19min内能完成10类共43种PFASs的快速、准确、同时检测，且灵敏度不低于最新国际进展，包含了目前大部分已知的新型PFASs。我们将该方法应用于母婴传递，第一次报导了短链PFAAs的母婴传输效率，通过总结不同PFAAs母婴传输效率的差异，进一步发现解离常数是影响PFASs跨越胎盘屏障的重要因素。本项目回答了不同碳链结构PFAAs在人体差异化富集消除的分子机制这个关键科学问题，最终为建立更为合适的相关管理策略提供重要的科学依据和技术支持。