利用基于NMR技术的代谢组学方法研究全氟化合物的毒理学效应

代谢组学是一门新兴学科，近年来逐渐被应用到环境领域，为环境毒理学研究提供了重要补充。全氟化合物（PFCs）是一类分布广泛的新型持久性有机污染物，其潜在的生态毒理效应已引起了人们的高度关注。本项目针对PFCs的两种典型代表物PFOA和PFOS，开展对动物模型的模拟暴露，利用光镜、电镜技术观察切片的细胞/亚细胞形态结构的组织病理学损伤，测定生化指标的变化并与靶器官损伤相关联，通过化学分析手段研究PFOA/PFOS在体内的富集分布及其在排泄物中的代谢、迁移、转化，利用基于NMR的代谢组学技术分析PFOA/PFOS所导致的大鼠内源代谢物的变化，探讨其对生物体内源代谢过程的影响，从而阐释其毒性作用机制。在此基础上，利用建立的代谢组学方法对普通人群和职业暴露人群的代谢成分谱进行分析、比对，揭示PFCs暴露对人体生化过程的扰动，综合评价这类物质低剂量长期暴露可能引起的潜在的生态风险和人体健康风险。

以PFOA和PFOS为受试物，以灌胃给药的方式对SD（Sprague-Dawley）雄性大鼠进行连续28天的模拟暴露，暴露结束后对各大鼠进行解剖，取其肝、肾、脾、肺、脑和睾丸等脏器，通过分析各脏器系数，并利用光学显微镜、扫描电镜和透射电镜技术，详细观察、讨论了各靶组织器官的组织病理学变化，发现PFOA和PFOS对大鼠肝和肺的毒性效应最大，其次是脾和肾，对脑部和睾丸的影响不大。暴露组大鼠普遍出现肝细胞增生和肿胀、脂质空泡化及灶状或片状病变等症状；肺普遍被观察到充血或大量红细胞漏出的症状，并伴有肺泡隔膜增宽。通过比较两种氟化物的毒性损伤效应，并结合文献报道的LD50和NOAEL值，得到毒性作用大小为：PFOS﹥PFOA。.采用离子对试剂萃取法和HPLC-ESI-MS/MS联用技术，对大鼠血样、各组织样及排泄物中的PFOA和PFOS进行了定性定量测定。结果表明，PFOA和PFOS在主要靶器官中的富集浓度从高至低排序分别为：肾>肝>肺>（心脏、全血）>睾丸>（脾、脑）和肝>心脏>肾（>全血）>肺>（睾丸、脾、脑）。其中，5 mg/kg•d PFOA暴露组大鼠肾脏中的PFOA浓度最高（227.56 ± 36.68 µg/g），而20 mg/kg•d PFOS暴露组大鼠肝脏中的PFOS浓度最高（647.96 ± 16.65 µg/g），说明肝、肾和血液是两种化合物主要的富集部位，PFOS在各暴露组织中呈现剂量相关式的富集。由于两种化合物随尿液的排泄速率比粪便更快，因而尿液排泄被认为是两种化合物从大鼠体内清除的主要方式。与PFOA相比较，PFOS具有相对较低的排除速率和更高的富集浓度，从而导致其具有更强的毒性效应。.利用基于核磁共振氢谱（NMR）的代谢组学分析方法，研究以20 mg/kg•d PFOS暴露的大鼠第5、10、28天的尿液组成变化，发现多种内源物含量发生明显变化，筛选出牛磺酸、尿囊素、尿素、肌酸酐、乙酸、马尿酸、氧化三甲胺等生物标志物，说明PFOS暴露可阻碍氨基酸和核酸代谢，减缓糖类的转化和利用，影响三羧酸循环，这也解释了大鼠的肝功能和肾功能受损。.本研究在一定程度上揭示了PFCs这类物质的毒性作用机制，说明PFCs在环境中的普遍存在及各个领域的广泛使用可能会在生物体或者人体内蓄积，以致产生潜在危害。