全氟辛酸通过调控胆汁酸代谢干扰鸡胚肝脏发育的代谢组学研究

《Metabolomics》：Perfluorooctanoic acid disrupts hepatic metabolism in the developing chicken embryo

本研究针对全氟辛酸(PFOA)早期暴露对肝脏发育的潜在危害，采用鸡胚原位暴露模型，结合非靶向代谢组学和靶向转录组学技术，系统揭示了PFOA通过干扰胆汁酸代谢、脂质代谢和氨基酸代谢通路，影响胚胎肝脏发育的分子机制。研究发现即使在环境相关暴露水平下，PFOA仍能显著改变次级胆汁酸（特别是TLCA）的代谢谱，并通过PPAR信号通路引起代谢重编程，为理解PFAS的发育毒性提供了重要证据。

　　

在我们日常生活中，从防水服装到不粘锅涂层，全氟烷基物质(PFAS)的身影无处不在。其中全氟辛酸(PFOA)作为典型的持久性有机污染物，尽管已在多个国家被限制使用，但由于其极强的环境持久性和生物累积性，仍然持续威胁着生态系统和人类健康。特别令人担忧的是，早期发育阶段暴露于PFOA可能会对肝脏代谢功能产生长期影响，然而其具体作用机制尚未完全阐明。

为探究这一科学问题，瑞典厄勒布鲁大学和芬兰图尔库大学的研究团队在《Metabolomics》期刊上发表了最新研究成果。研究人员创新性地采用鸡胚原位暴露模型，通过精确控制暴露剂量和时间，避免了母体因素和微生物干扰，直接观察PFOA对胚胎肝脏代谢的直接影响。研究选取了0-10 μg/g蛋重的六个暴露浓度，均在急性毒性阈值以下，更符合真实环境暴露场景。

研究团队运用了多项关键技术：首先采用鸡胚原位注射技术进行PFOA暴露，在孵化第4天通过蛋壳注射建立暴露模型；其次利用超高效液相色谱-四极杆飞行时间质谱(UHPLC-QTOF-MS)平台进行全面的代谢组学分析，覆盖脂质、胆汁酸、氨基酸等499种代谢物；同时采用靶向PCR阵列分析98个脂质代谢相关基因；通过中介分析探究胆汁酸在PFOA毒性中的作用机制；并利用MetaboAnalyst等生物信息学工具进行通路富集分析。

代谢谱特征

研究成功鉴定出394种脂质和105种极性代谢物。在鸡胚肝脏中，磷脂和甘油脂是最主要的脂质类别，而胆汁酸中以TCDCA（牛磺鹅去氧胆酸）为主，占总胆汁酸池的70%以上。值得注意的是，即使在未受精的鸡蛋蛋黄中也检测到多种次级胆汁酸，包括TLCA、LCA等，提示鸡胚肝脏可能存在独特的胆汁酸代谢特征。

PFOA引起的代谢紊乱

暴露于PFOA后，肝脏代谢谱发生显著改变，且呈剂量依赖性。大多数脂质（特别是DG和磷脂）以及氨基酸显著上调，而长链酰基肉碱和初级胆汁酸GCDCA则明显下调。有趣的是，部分脂质（如多种PGs）表现出非线性的U型剂量-反应关系，反映了低剂量暴露时可能存在的适应性反应。

通路水平的影响

通路分析显示，PFOA暴露显著干扰了脂肪酸代谢、胆汁酸代谢和类固醇激素生物合成通路。在最低暴露浓度下，果糖和甘露糖代谢出现明显紊乱，而在较高浓度下，PPAR信号通路和脂肪酸降解通路的影响更为突出。联合通路分析进一步证实了缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸降解以及PPAR信号通路的显著富集。

胆汁酸的中介作用

中介分析揭示了胆汁酸在PFOA肝毒性中的关键中介作用。特别是TLCA（牛磺石胆酸）被发现是PFOA影响磷脂代谢的重要介质。偏相关分析显示，牛磺酸结合的胆汁酸（尤其是LCA衍生物）与多种脂质类别存在强正相关，而TUDCA则与甘油三酯呈负相关。这些发现表明胆汁酸代谢改变可能是PFOA肝毒性的核心环节。

机制探讨与意义

研究发现鸡胚肝脏中TLCA的显著增加尤为值得关注。由于胚胎期缺乏成熟的肠道微生物群，TLCA的升高提示其可能通过内源性肝合成途径产生，这为了解发育期胆汁酸代谢提供了新视角。TLCA作为TGR5受体的已知激动剂，其变化可能通过影响脂质和能量代谢参与PFOA的毒性效应。

此外，研究观察到睾酮+表睾酮水平与PFOA暴露呈正相关，提示类固醇激素代谢可能受到干扰。鉴于类固醇激素在胎儿发育中的关键作用，这种干扰可能对性分化、神经发育和免疫系统产生远期影响。

研究还发现长链酰基肉碱的下调与线粒体β-氧化受损一致，而氨基酸的上调则反映了胚胎发育期间代谢需求的改变。这些变化共同表明PFOA暴露可能导致能量代谢平衡失调。

该研究的创新之处在于利用鸡胚模型消除了母体和微生物干扰，直接证实了PFOA对发育中肝脏的直接代谢影响。更重要的是，研究发现在环境相关暴露水平下即可观察到显著的代谢紊乱，且这种影响表现出非线性的剂量-反应特征，提示低剂量暴露可能通过适应性机制引发代谢重编程。

从转化医学角度看，这些发现为理解PFAS的发育毒性机制提供了重要线索。胆汁酸作为重要的代谢信号分子，其发育期的改变可能通过表观遗传等机制对器官成熟、免疫编程和代谢稳态产生长期影响，这为早期暴露与成年期代谢疾病风险之间的关联提供了可能的解释机制。

研究结果与团队先前在人类胎儿肝脏和非肥胖糖尿病小鼠模型中的发现高度一致，表明PFAS诱导的LCA代谢改变可能是跨物种保守的毒性响应。这种一致性强化了研究结论的可靠性，并为制定更严格的环境暴露标准提供了科学依据。

总之，这项研究通过整合代谢组学和转录组学方法，系统揭示了PFOA早期暴露通过干扰胆汁酸代谢为核心的多条代谢通路，影响肝脏发育的分子图谱。研究不仅为PFAS的发育毒性机制提供了新见解，也为评估其他环境污染物对发育的影响建立了可借鉴的研究范式。随着PFAS新型替代物的不断涌现，这种基于机制的研究策略将有助于更全面地评估这类"永久化学品"的潜在健康风险。