某些全氟和多氟烷基物质（PFAS）具有抗降解性，因此被称为“永恒化学物质”。它们可能对健康造成危害，导致肝损伤、肥胖、荷尔蒙干扰和癌症。来自海尔姆霍茨环境研究中心（UFZ）的研究小组探讨了PFAS对大脑的影响。通过利用先进的分子生物学技术和斑马鱼模型，研究人员揭示了这些物质的作用及其相关基因，这些基因在人类中也存在。UFZ开发的测试方法可以作为评估其他神经毒性物质相关风险的工具。他们的研究结果最近发表在《环境健康展望》期刊上。
PFAS因其独特特性（如耐热性、防水和防油性以及卓越耐久性）而普遍存在于各种日常产品中。然而，正是这些特性使PFAS成为问题。UFZ毒理学家塔玛拉·塔尔教授解释道：“由于它们的化学稳定性，某些PFAS在环境中积累并可以通过空气、饮用水和食物进入我们的身体。”完全避免这些自上世纪50年代以来生产并包括数千种不同化合物的物质几乎是不可能的。“迫切需要进行研究，特别是开发快速、可靠和经济的检测系统，以评估PFAS暴露的风险，”塔尔补充说。评估这些物质对环境和健康的影响已被证明是具有挑战性的。
在他们最新的研究中，研究人员专注于PFAS暴露如何影响大脑发育。他们使用斑马鱼模型，斑马鱼模型在毒理学研究中备受欢迎。该模型的一个显著优势是，约70%的斑马鱼基因（Danio rerio）与人类共享，因此有可能将研究结果转化为对人类健康的影响。研究人员让斑马鱼接触两种PFAS物质（PFOS和PFHxS），它们具有相似的结构。他们利用分子生物学和生物信息学技术来查看与未经暴露的对照鱼相比，PFAS暴露的鱼幼虫大脑中哪些基因受到破坏。“我们发现暴露于PFAS的斑马鱼的过氧化物酶体增殖物激活受体（ppar）基因组的活性增强；这个基因组在人类中稍有不同，”UFZ的博士研究生、该研究的首席作者塞巴斯蒂安·古茨费尔德说。“之前的毒性研究已经表明PFAS暴露在肝脏中造成了这一现象，现在我们也在大脑中证实了这一点。”
但是，PFAS暴露引起的ppar基因活性改变对斑马鱼幼虫的行为和发育有什么影响呢？研究人员计划通过进一步研究探索这一点，继续使用斑马鱼模型。他们使用CRISPR/Cas9技术，通常被称为基因剪刀。“使用这种方法，我们可以精确切除单个或多个ppar基因，并阻止它们正常发挥功能，”古茨费尔德解释道。“我们的目标是识别与PFAS暴露后幼虫行为变化直接相关的ppar基因。”他们获得了涉及机制的直接证据。与正常的斑马鱼不同，经过基因剪刀处理的转基因鱼在PFAS暴露后不应表现出任何行为变化。
两个行为终点
在一系列实验中，研究人员在斑马鱼早期发育的关键阶段（第一天到第四天）中持续暴露它们于PFOS或PFHxS，而在另一组实验中，他们仅在第五天进行暴露。第五天，他们观察了鱼的游泳行为。使用了两个不同的行为终点来测量它们的反应。在第一个终点中，他们评估了在延长的黑暗期内的游泳活动。无论是持续暴露于脑部发育期间还是仅在行为测试之前暴露，接触PFAS的鱼游泳的活动显著多于未接触的鱼。值得注意的是，只有在PFAS存在时，过度活跃的行为才会出现。一旦去除了PFOS或PFHxS，过度活跃的情况便停止了。第二个终点测量了在黑暗刺激后的惊跳反应。“暴露于PFOS四天的斑马鱼在刺激后表现出过度活跃的游泳行为，”古茨费尔德说。然而，只在第五天暴露于PFOS或PFHxS的斑马鱼则没有表现出过度活跃的惊跳反应。
基于这些观察，研究人员得出结论，暴露于PFOS会造成异常影响，特别是在关键的脑发育阶段。通过使用基因敲低的斑马鱼，他们识别出ppar组中两个基因，负责PFOS诱导的行为变化。
“由于这些基因在人类中也存在，因此PFAS在人体中可能产生类似的影响，”塔尔总结道。塔尔及其团队计划在未来的研究中探讨其他PFAS的神经活性影响，并完善评估与环境化学物质（包括PFAS）相关风险的方法。
