（环境科学专业论文）全氟辛烷磺酸pfos和全氟辛酸pfoa干扰balbc小鼠脂类代谢效应研究.pdf

华中农业人学2 0 11 届硕十毕业论文 a b s t r a c t p e r f l u o r o o c t a n es u l f o n a t e ( p f o s ) a n dp e r f l u o r o o c t a n o i ca c i d ( p f o a ) a sp r e d o m i n a n t p e r f l u o r i n a t e dc o m p o u n d s ( p f c s ) ，h a v er e c e i v e dw i d ec o n c e n t r a t i o n sf o rt h e i rt o x i c e f f e c t s i nt h i ss t u d y , b a l b cm i c ew e r ec h o s e na st a r g e ta n i m a l sa n df e d 、析mr e g u l a r d i e t ( 刚) ) o rh i g hf a td i e t ( h f d ) ，a i m e dt ol e a r nt h ee f f e c t so fp f o sa n dp f o a o nt h e i r l i p i dm e t a b o l i s ms y s t e m f u r t h e r m o r e ，w i t hc o m p a r i s o nb e t w e e nr e s u l t so f t h et w op f c s ， t h ep o t e n t i a lm e c h a n i s m so ft h e i rt o x i ce f f e c t sw e r ee x p l o r e d t h i ss t u d yc a np r o v i d ea s c i e n t i f i ce v i d e n c ef o r t h ee v a l u a t i o no nt h es a f e t yo fp f c s p f o st r e a t e dm i c ed i s p l a y e df o l l o w i n gc h a n g e s ：d e c r e a s e db o d yw e i g h ta n df e e d c o n s u m p t i o nw e r eo b s e r v e d ；s e r u mc h o l e s t e r o l ( c h o l ) a n dt r i g l y c e r i d e ( t g ) w e r e r e d u c e d ；h i g h - d e n s i t yl i p o p r o t e i nc h o l e s t e r o l ( h d l - c h ) a sw e l l a s l o w - d e n s i t y l i p o p r o t e i nc h o l e s t e r o l ( l d l o h ) l e v e lw a sc h a n g e d ；s e r u mt h y r o i dh o r m o n ef r e et 3 ( f t 3 ) a n df r e et 4 ( f t 4 ) l e v e l sw e r ed e c r e s e d ，e s t r a d i o l l e v e lw a sa s l s oa f f e c t e d ；r e d u c e d s e r u mg l u c o s el e v e la n dd e c r e a s e dl i v e rg l y c o g e nc o n t e n tw e r ed e t e c t e d ；t h ef u n c t i o no f l i v e rw a sa f f e c t e da n df a tc o n t e n ti nl i v e rw a ss i g n i f i c a n t l ym c 嬲e d ，h i s t o l o g i c a la n a l y s i s s h o w e dt h ev a c u o l a t i o na n dh y p e r t r o p h yo fh e p a t i cc e l l s ；t r a n s m i s s i o ne l e c t r o n m i c r o s c o p e ( t e m ) i m a g e sn o t e dt h es e r i o u sl i p i dd r o p l e ta c c u m u l a t i o na sw e l la s d i l a t a t i o no fe n d o p l a s m i cr e t i c u l u m ；a l t e r e de x p r e s s i o no fp p a r a ，p p a r y a n do t h e rg e n e s i n v o l v e di nc a t a b o l i s mo ff a t t ya c i d sa n dc h o l e s t e r o lw e r ea l s od e t e c t e d s i g n i f i c a n t d i f f e r e n c e sc o u l db eo b s e r v e db e t w e e nr da n dh f di n d i v i d u a l s ，a sw e l la sm a l ea n d f e m a l em i c e p f o at r e a t e dm a l em i c ed i s p l a y e df o l l o w i n gc h a n g e s ：d e c r e a s e db o d yw e i g h ta n df e e d c o n s u m p t i o n w e r eo b s e r v e d ；s e r u m c h o l e s t e r o l ( c h o l ) a n dt r i g l y c e r i d e ( t g ) w e r e r e d u c e d ；h i g h - d e n s i t yl i p o p r o t e i nc h o l e s t e r o l ( h d l - c h ) 勰w e l l a s l o w q e n s i t y l i p o p r o t e i nc h o l e s t e r o l ( l d l c h ) l e v e lw a sc h a n g e d ；r e d u c e ds e m mg l u c o s el e v e la n d d e c r e a s e dl i v e rg l y c o g e nc o n t e n t r e 坨d e t e c t e d ；l i v e rm d ac o m e mw a ss i g n i f i c a n t l y i n c r e a s e dw h i l es o d ，g p t 蠲w e l la sl d ha c t i v i t i e sw e r ei n h i b i t e d ；h i s t o l o g i c a la n a l y s i s s h o w e db a l l o o n i n gd e g e n e r a t i o na n dt h eh y d r o p i ed e g e n e r a t i o nw i t hv i s i b l ev a c u o l e si n h e p a t o c y t e s t e mi m a g e sn o t e dt h ed i l a t a t i o no fe n d o p l a s m i cr c t i c u l u ma sw e l la s m i t o c h o n d r i ac d s t a e i n t e r e s t i n g l y , u n l i k et h ep f o s _ e x p o s e dc e l l s ，t h el i p i , i so c c u r r e di n t h en u c l e u s ；a l t e r e de x p r e s s i o no fp p a r a ，p p a r t a n do t h e rg e n e si n v o l v e di nc a t a b o l i s m o ff a t t ya c i d sa n dc h o l e s t e r o lw e r oa l s od e t e c t e d s i m i l a r l y , t h e s er e s u l t s d i s p l a y e d s i g n i f i c a n td i f f e r e n c e sb e t w e e nr da n dh f di n d i v i d u a l s 2 全氟辛烷磺酸( p f o s ) 和伞氟辛酸( p f o a ) 干扰b a l b c 小鼠脂类代谢效应研究 w i t ht h eo b t a i n e dr e s u l t sa b o v e ，i tc o u l db ec o n c l u d e dt h a t ：p f o sa n dp f o ar e s e m b l e s f ai nt h e i rs t r u c t u r e s ，t h e ym i g h td i s t u r bt h et r a n s p o r ta n dm e t a b o l i s mo ff ai nb l o o da s w e l la sc e l l s ；t h e ym i g h ta l s oi n t e r f e r ei nt h ee x c r e t i o no fl d l ，l e a d i n gt ot h ea b n o r m a l l i p i de x p o r t a t i o nf r o ml i v e rt op e r i p h e r a lt i s s u e s ，a n df m a l l yr e s u l t e di nt h ea c c u m u l a t i o n o fl i p i d si nt h el i v e r c o m p a r i n gw i t ht h ev a r i o u sr e s u l t so fp f o sa n dp f c i a ，i tw a s s p e c u l a t e dt h a tt h ed i f f e r e n tt o x i cm e c h a n i s m so ft h et w om i g h te x i s t e d h o w e v e r , f u r t h e r s t u d i e ss h o u l db ec a r r i e do u tt oc o n f i r mt h o s ec o n c l u s i o n s k e yw o r d s ：p f o s ；p f o a ；b a l b cm i c e ；h i g hf a td i e t ；l i p i dm e t a b o l i s m ；f a t t ya c i d 3 华中农业大学2 0 1 1 届硕士毕业论文 英文缩略词 4 全氟辛烷磺酸( p f o s ) 和全氟辛酸( p f o a ) 干扰b a l b c 小鼠脂类代谢效应研究 第一章前言 在全球经济日益发达的今天，随着工农业生产的不断发展、城镇建设规模的日 益扩大以及局部地区持续的战争，大量环境污染物不断产生并被释放到周围环境中。 而这些污染物的全球分布使得人类和动物普遍暴露并受到其危害。在过去的几十年 里，因环境污染引起的惨剧不断上演，为人类敲响了警钟。在众多污染物中，持久 性有机污染物由于可远距离传输，具有持久性、生物累积性和生物毒性，近年来一 直是环境毒理学的研究焦点。而关于各种持久性有机污染物毒性的研究以及新型污 染物的鉴定，也成为目前科学研究的热点。 1 持久性有机污染物的限用 持久性有机污染物( p e r s i s t e n to r g a n i cp o l l u t a n t s 简称p o p s ) ，是指在环境中难降 解、高脂溶性、可以在食物链中富集放大，能够通过各种传输途径而进行全球迁移 的一类半挥发性且毒性极大的污染物( 王亚鞲等，2 0 1 0 ) 。近年来，持久性有机污染物 对于全球环境和人类健康的巨大危害引起了广泛的重视，由于其污染的严重性和复 杂性远超过常规污染物，最近数十年成为环境科学研究的热点( 任仁，2 0 0 3 ) 。 2 0 0 1 年5 月2 3 日，包括中国在内的1 2 7 个国家和地区签署了斯德哥尔摩公约， 规定了1 2 种p o p s ：艾氏剂、狄氏剂、异狄氏剂、滴滴涕、氯丹、六氯苯、灭蚁灵、 毒杀芬、七氯、多氯联苯( p c b s ) 、多氯代二苯并二噫英( p c d d s ) 和多氯代二苯 并呋喃( p c d f s ) 被称为“肮脏的一打( d i r t yd o z e n ) ”。斯德哥尔摩公约旨在减少或 消除持久性有机污染物的排放，保护人类健康和生态环境免受其危害。公约规定， 各缔约方应采取必要的法律和行政措施，消除或限制p o p s 的有意生产和使用，并 对这类p o p s 的进出口进行严格管制。 最近数十年，许多新型有机污染物如溴代阻燃剂、全氟化合物也不断地从各种 环境介质中被发现而成为环境科学研究的热点。2 0 0 9 年5 月在瑞士日内瓦举行的缔 约方大会第四届会议决定将全氟辛基磺酸( p f o s ) 及其盐类、全氟辛基磺酰氟、商 用五溴联苯醚、商用八溴联苯醚、开蓬、林丹、五氯苯、洳六六六、p 六六六和六 溴联苯等九种化学物质列入斯德哥尔摩公约。而目前另外一些化学品正在被委员会 审查，包括短链氯化石蜡( s c c p s ) 、硫丹及六溴环十二烷( h b c d s ) ( 王亚鞯等，2 0 1 0 ) 。 5 华中农业大学2 0 11 届硕士毕业论文 全氟类化合物研究进展 2 1 全氟类化合物概述 全氟类化合物( p e r f l u o r o n i cc o m p o u n d s ，p f c s ) 是一类具有重要应用价值 的含氟有机化合物，自1 9 5 1 年由3 m 公司研制成功以来，其生产和使用已超过 5 0 年，并以其优良的稳定性、表面活性以及疏水疏油性能被广泛用于化工、纺织、 涂料、皮革、合成洗涤剂等与生产生活关系密切的产品中( 周庆等，2 0 0 8 ) 。环境中 存在的全氟化合物主要有全氟羧酸类、全氟磺酸类、全氟酰胺类及全氟调聚醇等， 其中全氟辛烷磺酸( p f o s ) 和全氟辛酸( p f o a ) 是环境中出现的最典型的两种全氟化 合物，而且这两种化合物是多种p f c s 在环境中的最终转化产物，其结构如图1 所 示。 ffffffff h p f o s o hp f o a 图1 p f o s 和p f o a 的化学结构式 f i g 1c h e m i c a ls t r u c t u r eo fp f o sa n d p f o a p f c s 自应用至各个领域，产量逐年递增，调查显示1 9 7 0 2 0 0 2 年全球p f c s 生 产量达9 6 0 0 0 t ，而1 9 7 0 - 2 0 11 年全球p f o s 估计排放量约为4 5 0 2 7 0 0t ( p a u le ta 1 ， 2 0 0 8 ) 。p f c s 的大量使用，使得它们已经成为一类全球性污染物，甚至在偏远的极 地地区都检测到这种污染物的存在( g i e s y 甜a l ，2 0 0 2 ) 。根据全氟化合物在消费产品 中的广泛应用以及其特性和相关的环境调查数据，说明p f c s 主要通过饮用水和饮 食摄入以及空气、灰尘的吸入3 种途径进入人体( 王嫒等，2 0 1 0 ) 。而由于全氟化合 物含有具有极高化学键能c - f 共价键，因此这类化合物普遍具有很高的稳定性，能 够经受很强的热、光照、化学作用、微生物作用和高等脊椎动物的代谢作用而不降 解，它还随食物链的传递在生物机体内富集和放大至相当高的浓度，最终对生态系 统和人类产生毒害作用( 史亚利等，2 0 0 9 ；吴江平等，2 0 1 0 ) 。 6 全氟辛烷磺酸( p f o s ) 和全氟辛酸( p f o a ) 干扰b a l b n 小鼠脂类代谢效应研究 2 2 全氟类化合物的污染状况 直到目前，全球范围内的地表水、地下水和海水、底泥、大气、灰尘以及污水 处理厂的污水、污泥等中均被检测出p f c s 的存在。王亚鞯等人以武汉一个生产p f c s 的工厂为中心，采集周围的灰尘、地表水、土壤、鸡蛋等样品，对其中的p f c s 进 行分析，检出了不同程度的p f o s 、p f o a 及p f h s ，其中企业园区的灰尘中p f o s 和p f o a 含量的最高值分别达到了4 6 9 2u g g ( 干重) 和1 6 0u g g ( 干重) ( w a n ge t a l ， 2 0 1 0 ) 。研究人员在北欧、地中海、南美等地区的不同鸟类体内都发现了不同程度的 p f c s 污染( 周庆等，2 0 0 8 ) 。甚至人迹罕至的北极地区及高原地区，其环境样品、野 生动物体内都有p f c s 检出( t a n i y a s ue ta l ，2 0 0 3 ；y o u n g e ta l ，2 0 0 7 ) 。史亚利等人对青 藏高原各地区的5 9 个鱼类样品进行p f c s 的分析，发现9 6 的样品中含有p f o s ， 含量在0 2 1 5 2n g g c 干重) 之间，而p f o a 等其他p f c s 也在个别样品中被检出( y a l i s h ie ta 1 ，2 0 1 0 ) 。 许多研究指出，不管是职业接触人群还是普通人群，目前都受到不同程度的p f c s 暴露( c a l a f a te ta 1 ，2 0 0 7 ；f e ie ta 1 ，2 0 0 7 ) 。对各个国家和地区不同人群的血液样品进 行测定，发现美国、哥伦比亚、巴西、比利时、意大利、波兰、印度、马来西亚、 韩国、中国等国家分布广泛，性别、年龄、职业均有所差异的人群体内都含有水平 近似的p f c s ( k a n n a ne ta 1 ，2 0 0 4 ；c a l a f a te ta l ，2 0 0 7 ；h a r a d ae ta 1 ，2 0 0 9 ) 。一项研究 ( l i ue ta l ，2 0 1 0 ) 对2 0 0 7 年中国1 2 个省市的人乳样品进行测定，发现p f o s 和p f o a 作为主要形式的p f c s 普遍存在于各个样品中。p f o s 和p f o a 的浓度中间值分别为 4 9 和3 6 5 p g m l ，而上海地区的人乳中含有高水平的p f o a ( 市区水平8 1 4p g m l ， 郊区水平6 1 6p g m 1 ) 。这些普遍在人体内存在的p f c s 可能来源于工业化合物、工 业生产副产品和其降解产物、食物摄取( 食物本身含有或者在食物包装过程中产生) 、 饮水以及户内外灰尘( l a ue t a l ，2 0 0 7 ) 。 2 3 全氟类化合物的性质 由于具有稳定的化学性质，p f c s 在环境中很难被降解，从而造成其长期的稳定 存在。而一旦进入生物体，这些化合物的就很难被排出或者分解( l a u e ta 1 ，2 0 0 7 ) 。 研究表明，p f o s 在人体内的半衰期为5 4 年，p f o a 为3 8 年，碳原子数较少的p f c s 半衰期相对较短，但比p f o s 少两个碳原子的全氟己磺酸( p f h x s ) 半衰期长达8 5 年( f e ie ta l ，2 0 0 7 ) 。 与其他p o p s 不同的是，p f c s 除了具有疏水性之外还具有疏油的特性。因此， 这些化合物进入生物体内，不易在脂肪中富集，而是更易与蛋白结合存在于血液、肝 脏等组织器官中( 史亚利等，2 0 0 9 ) 。与此同时，p f c s 的高稳定性使得其在生物体内 不断积累，具有生物富集性及其沿食物链的生物放大效应( 吴江平等，2 0 l o ) 。m a r t i n 7 华中农业大学2 0 11 届硕士毕业论文 等人以虹鳟鱼为实验动物对p f o s 、p f o a 、p f h x s 、全氟癸酸( p f d a ) 、全氟十一 酸( p f u a ) 、全氟十二酸( p f d o a ) 、全氟十四酸( p f l a ) 等p f c s 的生物富集能 力进行了测试。结果显示：p f d o a 和p f t a 具有生物富集效应( 生物浓缩因子b c f 5 0 0 0 ) ，p f d a ( b c f 2 0 0 0 ) 也可能具有生物富集效应0 v i a r t i ne ta 1 ，2 0 0 4 ) 。h o u d e 等人取美国s a r a s o t ab a y 和c h a r l e s t o nh a r b o r 几种鱼类和海豚对p f o s 、p f o a 、 p f f l x s 、p f n a 、p f u a 和p f d o a 等8 种p f c s 的生物放大能力进行评估，采用b m f ( 生物放大因子) 作为评估指标。实验结果表明：除p f d o a 外，所有生物对其他7 种p f c s 都具有显著的生物放大效应，b m f 值的范围为1 2 3 5 ；c h a r l e s t o nh a r b o r 生物对p f d o a 的生物放大能力较小( b m f = o 1 1 8 ) ，但s a r a s o t ab a y 许多生物对 p f d o a 的生物放大能力很大，b m f 值可高达1 5 6 ( h o u d ee ta 1 ，2 0 0 6 ) 。对极地地区由 浮游植物、双壳类、鱼类、鸟类和哺乳动物等组成的食物链对p f o s 的生物放大能 力进行分析评估，发现p f o s 在该食物链上有显著的生物放大能力( t o m ye ta 1 ， 2 0 0 4 ) 。 2 4 全氟类化合物的生物毒性 因其在生物体内的高浓度分布，p f c s 对动物和人类健康的潜在影响引起了人们 的广泛关注。目前已有许多毒理学实验表明，该类化合物暴露水生生物和哺乳动物 将导致多系统的毒性效应，包括肝脏毒性、免疫毒性、生殖和发育毒性以及神经毒 性等，甚至有可能诱发肝脏、睾丸、胰脏和乳腺癌变等( b e r t h i a u m ee ta 1 ，2 0 0 2 ；l a ue t a 1 ，2 0 0 3 ；z h a n ge ta 1 ，2 0 0 8 ；方雪梅等，2 0 1 0 ) 。 2 4 1 肝脏毒性 肝脏作为p f c s 的主要蓄积器官，受到这些化合物的毒性作用显著。暴露于p f o s 和p f o a 的哺乳动物，虽然体重下降，但肝脏却更加肿大( a u s t i ne t 以，2 0 0 3 ；s e a c a te t a 1 ，2 0 0 3 ；t h i b o d e a u xe ta 1 ，2 0 0 3 ) ；进一步观察，发现肝细胞肥大、肝变性和肝细胞 的坏死( b u t e n h o f f e t a ，2 0 0 2 ) 。将小鼠暴露于p f o a 之后，发现肝脏中的过氧化物 酶活性增强，提高了肝脏中脂肪的代谢和利用率。雄性大鼠一次性腹腔注射1 0 0 m g k gp f o s 或p f o a ，3 天后观察到肝脏肿大，同时肝脏过氧化物酶也明显增生 ( a b d e l l a t i f e ta ，2 0 0 3 ) 。p f o s 还能够导致肝细胞色素氧化酶、谷胱甘肽过氧化物酶 和超氧化物歧化酶活性降低( a b d e l l a t i f e ta ，2 0 0 3 ) 。一些研究还发现，p f o s 和p f o a 染毒实验动物可以干扰f a 及其他配体与肝脏f a 结合蛋白( l f a b p ) 的结合能力，影 响f a 的转移和代谢( l u e b k e re ta 1 ，2 0 0 2 ) 。 2 4 2 发育毒性 p f c s 在生物体内主要存在于肝脏和血清中，但也分布于其他器官中。对p f o s 8 全氟辛烷磺酸( p f o s ) 和全氟辛酸( p f o a ) 干扰b a l b c 小鼠脂类代谢效应研究 暴露大鼠的研究发现，大鼠脑组织中的p f o s 含量是血清中含量的3 2 ( c h a n ge t a l ， 2 0 0 9 ) 。另有报道称，p f o s 可以穿过胎盘屏障和血脑屏障，并且存在于母体的乳汁 中( a u s t i ne ta 1 ，2 0 0 3 ；o l s e ne t 以，2 0 0 8 ；k r r l l l a ne ta 1 ，2 0 1 0 ) 。因此，受p f o s 等p f c s 暴露的胚胎和新生动物，其发育过程容易受到干扰。受孕s d 大鼠暴露于p f h x s 和 k + p f o s 之后，所产幼仔体重下降，运动活性降低，发育出现异常( j o h nle ta 1 ，2 0 0 9 ) ； 对新生大鼠暴露p f o s 和p f o a ，可以造成大鼠神经行为的缺陷，影响胆碱酯酶系 统的功能( j o h a n s s o ne t a l ，2 0 0 9 ) 。同样地，人类的大脑在发育关键的幼年时期，比成 年时期更易受到p f c s 的毒性作用，从而造成发育毒性( g r a a d j e a ne ta 1 ，2 0 0 6 ) 。 2 4 3 免疫毒性 小鼠暴露于0m g k gp f o s 后，脾脏和胸腺出现了萎缩，n k 细胞活力降低 ( z h e n ge ta 1 ，2 0 0 9 ) 。有报道称，p f o a 的暴露可使得小鼠体内s 期及( 3 2 m 期淋巴 细胞数量明显下降，而g o ( 3 1 期细胞数量增加，表明淋巴细胞分裂周期受阻，细 胞凋亡同时发生( y a n g e t a l ，2 0 0 0 ；f a n g e t a l ，2 0 0 8 ) 。y a n g 等人的研究显示，p f o a 可 以降低小鼠血清中i g g 及i g m 水平，降低t 细胞、b 细胞的免疫功能，使胸腺细胞和 脾细胞数目减少( 分别为9 0 和5 0 ) ，导致小鼠胸腺以及脾脏萎缩( y a n g ，e ta 1 ， 2 0 0 2 ) 。 2 4 4 致癌性 一 b i e g e l 等发现慢性p f o a 暴露可增加雄性大鼠肝脏瘤的发生率( b i e g e le ta 1 ， 2 0 0 1 ) 。g i l l i l a n d 等对p f o a 职业暴露者的研究显示：与正常对照相比。二者的心血 管及胃肠肿瘤死亡率未见明显差异，但职业接触者的前列腺癌的死亡率高出对照组 3 1 3 倍( g i l l i l a n de ta 1 ，1 9 9 3 ) 。许多研究认为，p f o a 和p f o s 可以抑制机体许多器 官的谷胱甘肽过氧化物酶活力并诱导过氧化氢酶，使得机体自由基产生和消除的平 衡失调，从而造成氧化损伤，直接或间接地损害遗传物质，引发肿瘤( a a n a r e t a k i se t a l ， 2 0 0 1 ) 。 2 5 全氟类化合物与脂类代谢 肝脏作为脂类代谢的重要器官，因受到p f c s 的毒性作用，其分解和合成脂类 的功能受到损伤。因此，p f c s 的暴露会导致生物体内脂类代谢过程的紊乱，从而造 成一系列生物学效应。p f c s 被证明会引起血清t g 和c h o l 水平的变化，以及肝脏 内细胞游离f a 和游离胆固醇水平的升高( i k e d ae ta 1 ，1 9 8 7 ；k e n n e d yj r , 1 9 8 7 ； h a u g h o me ta 1 ，1 9 9 2 ；b u t e n h o f fe ta 1 ，2 0 0 2 ) 。o l s e n 等人的研究( o l s e ne ta 1 ，2 0 0 7 ) 显 示，所选取的3 m 公司员工血清c h o l 和t g 水平与p f o a 水平相关。结合之前相 关大鼠小鼠的实验结果，他们认为p f o a 可以促进f a 的b 氧化，抑制肝脏中l d l 的分泌以及c h o l 的合成，造成血清中t g 和c h o l 水平的降低，以及肝脏中脂质 9 华中农业大学2 0 11 届硕二l 毕业论文 的积累，并认为p f o a 激活过氧化物酶体增殖物激活受体途径是其发挥毒性作用的 重要原因( s h i p l e ye ta l ，2 0 0 4 ) 。 基因分析的结果显示，p f c s 可以引起生物体内脂类代谢相关基因的改变。s d 大鼠暴露于p f o s 三周之后，肝脏中与f a 代谢酶、细胞色素p 4 5 0 酶以及与调节脂 代谢的激素相关的基因都被显著诱导( h u e t a l ，2 0 0 5 ) 。j a m e s 等人以新生大鼠为研究 对象，发现p f o s 暴露可以显著上调肝细胞过氧化物酶体增殖相关基因的表达，并 显著诱导f a 活化、转运及氧化过程( 包括线粒体和微粒体氧化) 相关各基因的表 达，但却抑制了胆汁酸合成关键基因c y p 7 a 1 的表达( 8 j o r ll a u e ta l2 0 0 8 ) 。 p p a r a 途径被广泛认为是p f o s 和p f o a 对脂代谢产生影响的重要机制。p p a r a 的主要作用是促进过氧化物酶体和线粒体的f a l 3 氧化，加速f a 的分解。还可以通 过调节与f a 3 氧化有关下游基因，如脂酰c o a 氧化酶、肉碱棕榈酰转移酶的表达， 进而加速f a 的分解( y a n g e ta l ，2 0 0 7 ) 。由于p f c s 与f a 的机构相似，这一类化合物 可以结合到p p a r a 上作为其配体，影响p p a r a 的调节作用( v a n d e ne ta 1 ，2 0 0 6 ) 。 p f o a 暴露初生小鼠睁眼推迟、体重降低依赖于其体内p p a r a 的表达，从而p p a r a 的激活被认为是p f o a 发挥其毒性作用的途径，从而干扰脂类代谢等生化过程 ( a b b o t te ta 1 ，2 0 0 7 ) 。一般认为p f o s 可以作为过氧化物酶体增殖物激活受体的激活 剂，通过诱导p p a r a 的表达对其下游基因造成影响，从而造成其肝脏毒性( o b r i e ne t a l 。2 0 0 9 ) 。但有研究表明，p f o s 引起的新生大鼠死亡与p p a r a 的表达无相关性， 说明p f o s 的毒性并不依赖于p p a r a 基因的表达( a b b o t t e ta 1 ，2 0 0 9 ) 。 p f c s 具有与f a 相似的结构，这一性质使得这类化合物对f a 的转运及代谢过 程产生干扰。郭良宏等人使用等离子体表面共振技术，模拟f a 结构，实现其与人 血清白蛋白h s a 的特异性结合，并采用不同浓度的p f o s 竞争，得到了p f o s 的竞 争曲线，然后计算推导出p f o s 与h s a 的结合常数，经比较发现p f o s 与f a 对h s a 的亲和力相当，这就为p f o s 竞争f a 的结合位点提供了科学的依据( c h e r te ta l ， 2 0 0 9 ) 。x i n gh a r t 等人选用两种血清中f a 的结合蛋白：小鼠的r s a 和人的h s a ， 发现大于9 0 的p f o a 可与以上两种蛋白结合，且具有相似的结合方式( h a r te ta l ， 2 0 0 3 ) 。孙清等人利用分子对接软件预测p f o a 与人血清蛋白的结合位点，发现其全 部与中长链f a 结合位点重合。同时还预测了胆固醇与h s a 上的结合位点，发现 p f o a 与预测结合位点相比，至少有4 个以上的位点( h s a ) 重合，暗示p f o a 还 可能干扰胆固醇的运输( 孙清等，2 0 0 9 ) 。另有研究发现p f o s 和p f o a 以相近的亲和 力，与肝脏中的肝脏f a 结合蛋f l ( l - f a b p ) ，干扰f a 或其它内生的配位体对l - - f a b p 的结合，从而产生相应的毒性效应( l u e b k e re ta 1 ，2 0 0 2 ) 。 此外，p f o s 也可以影响血清激素如甲状腺激素( 游离t 3 ，游离t 4 ) 、皮质酮等 i o 全氟辛烷磺酸( p f o s ) 和全氟辛酸( p f o a ) 干扰b a l b e 小鼠脂类代谢效应研究 的水平( a u s t i n e a ，2 0 0 3 ；c h a n g e t a l ，2 0 0 8 ) 。在一项研究中，w e i s s 等人对不同p f c s 与甲状腺素结合蛋白t r r 的结合能力进行比较，发现其亲和力p f h x s p f o s p f o a p f h p a l p f o s i p f n a ，并指出p f c s 与甲状腺素的竞争性结合可能是导致 之前研究中游离t 3 、游离t 4 及总t 4 等甲状腺激素水平下降的关键所在( w e i s s ，e ta 1 ， 2 0 0 9 ) 。而甲状腺激素对于脂类代谢的过程具有整体调控作用。因此，p f c s 对甲状 腺激素的分泌及功能的影响，也可能是其对生物体脂类代谢产生干扰的原因。 3 本论文研究目的与意义 尽管越来越多的研究集中在其它p f c s ，但至今为止，p f o a 和p f o s 仍是主要 的研究对象。3 m 公司已不再制造p f o s ，目前该化合物仅相对少量地用于没有可接 受替代物的领域，例如半导体制造。所有仍使用p f o a 的八家公司也已同意在2 0 1 0 年前减少9 5 的p f o a 排放和其在产品中的含量，至2 0 1 5 年停止使用p f o a 。尽管 如此，这两种化合物在某些国家和地区仍然被添加在一些生活及工业用品中，且被 检测出广泛存在于环境中。人类通过摄食、饮水、吸入灰尘以及使用日用品等途径 都可以接触到p f o s 和p f o a ，成为这两种化合物的暴露对象，也必然受到其毒性 作用的影响。 对于p f c s 毒性作用的研究有很多报道，但大多集中于其造成的发育及生殖毒 性、神经毒性、免疫毒性及致癌作用，少有文章对p f c s 干扰生物体脂类代谢过程 进行系统研究。而之前有报道证明了p f o s 和p f o a 等p f c s 可对生物体脂类代谢过 程产生影响，引起生物体血脂水平的变化、影响载脂蛋白水平及脂代谢相关基因表 达，导致生物体体重显著下降、肝脏变得肿大。 本研究以b a l b e 小鼠作为研究对象，对两种典型的p f c s - - - p f o s 和p f o a 的 毒性进行进一步研究，同时基于之前的相关研究，了解其对b a l b e 小鼠脂类代谢 过程的影响。实验中使用普通饲料和高脂饲料两种不同的饲料饲养b a l b c 小鼠， 观察补充脂质之后p f o s 和p f o a 的相关毒性作用是否有所改善；通过统计暴露期 间小鼠体重和肝脏等脏器指数的改变，检测肝功能、肾功能相关指标，确定肝脏作 为其作用的靶器官；检测血液中脂类代谢相关生化指标，探查p f o s 和p f o a 对血 液中脂类水平和其运输过程的影响；观察肝脏病理切片，以及肝细胞的超微结构， 从细胞水平上寻找其毒性作用的原理；运用r t - p c r 技术分析脂类代谢相关基因的 表达情况，同时检测血清中相关激素水平，寻找脂类代谢过程受干扰的可能途径。 最终通过比较普通饲料和高脂饲料组小鼠之间实验结果的异同点，综合产生的各项 指标的变化，对p f o s 和p f o a 如何干扰脂代谢过程进行解释。 实验所采用实验动物b a l b c 小鼠各项机体功能与人类相近，对于其机制的研 华中农业大学2 0 11 届硕十毕业论文 究，可以反映出p f o s 和p f o a 对人类脂类代谢过程造成干扰的可能途径。同时p f o s 和p f o a 作为人类生活中常接触的化合物，也可对人体内脂类代谢的各个关键环节 产生影响，从而对人类造成毒性作用。总之，本文从分子、细胞、组织器官、个体 水平上对p f o s 和p f o a 干扰脂类代谢的过程及其机制进行研究探讨，为p f o s 和 p f o a 等p f c s 的安全评估提供了可靠的依据。 1 2 伞氟辛烷磺酸( p f o s ) 和全氟辛酸( p f o a ) 干扰b a l b c 小鼠脂类代谢效应研究 第二章全氟辛烷磺酸( p f o s ) 对b a l b c 小鼠脂类代谢的影响 1 引言 p o p s 新成员之一全氟辛烷磺酸( p f o s ) 是全氟类化合物的典型代表，因其同 时具备疏油、疏水等特性，被广泛用于生产纺织品、皮革制品、家具和地毯等表面 防污处理剂；由于其化学性质非常稳定，被作为中间体用于生产涂料、泡沫灭火剂、 地板上光剂、农药和灭白蚁药剂等。此外，还被用于油漆添加剂、粘合剂、医药产 品、阻燃剂、石油及矿业产品、杀虫剂等，包括与人们生活接触密切的纸制食品包 装材料和不粘锅等近千种产品。但是随着p f o s 的广泛应用，导致了此类化合物的 全球性暴露。许多研究指出，p f o s 现在已经分布于世界的各个地方，而且在人类和 鱼类、鸟类、哺乳动物等野生生物的肝脏和血液中检测出其存在( g i e s ye t 以，2 0 0 1 ； k a n n a ne ta 1 ，2 0 0 2 ；h o k k a i d oe ta 1 ，2 0 0 3 ；m o r i w a k ie ta l , 2 0 0 3 ；i n o u ee ta 1 ，2 0 0 4 ) 。 2 0 0 0 年，美国主要生产p f o s 的厂家3 m 公司宣布禁止生产和应用该类物质，引起 了公众、环境科学界及发达国家和国际组织对p f o s 的关注，2 0 0 4 年的“杜邦特氟龙 事件”更是将人们对p f o s 的关注引向了一个新的高度。 与其他p o p s 有所不同，p f o s 因具有疏水疏油的性质，不能在脂肪组织中蓄积， 而是大部分与血浆脂蛋白相结合分布在血液中，少量分布在肝脏、肌肉和脑等组织 ( i , a ue t a l 。2 0 0 7 ) 。p f o s 通过呼吸、进食或经食物链进入生物体，因其性质稳定，很 难被生物体降解和排出，可在其体内蓄积和放大。p f o s 在动物和人体各器官组织内 的富集，最终会引发一系列的毒理学效应。目前已有研究证明，p f o s 对啮齿类动物 等生物的的肝脏、生殖器官、神经系统、免疫系统和内分泌系统造成毒性效应( a u s t i n 甜以，2 0 0 3 ：李莹等，2 0 0 4 ；k e i le ta 1 ，2 0 0 8 ；c u ie t 以，2 0 0 9 ；z h e n ge t a l ，2 0 0 9 ) 。 肝脏作为重要的解毒器官和主要的生物累积部位，很有可能成为p f o s 作用的 首要靶器官。许多研究观察到在暴露于p f o s 后哺乳动物体重会下降但肝脏指数会 升高( a u s t i ne ta l , 2 0 0 3 ；s e a c a te ta 1 ，2 0 0 3 ；t h i b o d e a u xe ta 1 ，2 0 0 3 ) ；另有研究发现 p f o s 暴露会造成过氧化物酶体增殖以及肝细胞的空泡化和肿大( g o l d e n t h a le ta 1 ， 1 9 7 8 ；i k e d ae t a l ，1 9 8 7 ；s e a c a te ta 1 ，2 0 0 3 ) ；p f o s 也被证明会引起血清甘油三酯和胆 固醇水平的降低，以及肝脏内细胞游离f a 和游离胆固醇水平的升高o k e d ae ta 1 ， 19 8 7 ；k e n n e d yj r , 19 5 7 ；h a u g h o me ta 1 ，19 9 2 ；b j o r k , l a ue ta 1 ，2 0 0 8 ) 。此外，p f o s 也 可以影响血清激素如甲状腺激素( 游离t 3 ，游离t 4 ) 、皮质酮等的水平( a u s t i ne t