全氟類化合物在人體與動物體內(nèi)的生殖毒性

馬雪倩，葉英輝

全氟類化合物（polyfluorinated chemicals，PFCs）是一類由氟原子和特定的官能團(tuán)結(jié)合在4～14個碳原子組成碳鏈骨架上所構(gòu)成的有機(jī)化合物，主要來自于表面活性劑和食品包裝袋等工業(yè)生產(chǎn)物，并且廣泛分布于日常生活中。研究發(fā)現(xiàn)，PFCs可以通過不同的途徑聚集在人體的不同組織中，具有多種毒性效應(yīng)，如肝毒性、腎毒性、生殖毒性等[1]。近年國內(nèi)外關(guān)于PFCs生殖毒性的動物實驗和臨床研究逐漸增多，人們對這類物質(zhì)的認(rèn)識也在不斷加深，本文對PFCs的特性、污染現(xiàn)狀，及其對生殖系統(tǒng)危害進(jìn)行綜述。

1 結(jié)構(gòu)特性

根據(jù)PFCs的化學(xué)結(jié)構(gòu)可知，其具有高度的穩(wěn)定性[2]，因此PFCs在生物體內(nèi)常難以代謝。此外，PFCs同時具有水溶性和脂溶性，很容易在動物的不同組織中聚集，并干擾正常的生理過程，造成毒性作用[2-3]。

PFCs包括多種結(jié)構(gòu)特性相似的有機(jī)物，其中全氟辛烷磺酸（perfluorooctane sulfonate，PFOS）和全氟辛酸（perfluorooctanoic acid，PFOA）兩種物質(zhì)在環(huán)境中約占據(jù)總含量的80%[3]，這兩者也具有最強(qiáng)的生物活性。研究表明，PFCs中PFOS和PFOA在人體血液、精液等中所能檢測到的含量最高，尤其是PFOA，因此是國內(nèi)外研究較多的PFCs類物質(zhì)[4-5]。PFOS和PFOA均含有一個由8個碳原子組成的碳鏈骨架，其末端分別被1個磺酸基和1個羧酸基所取代（見圖1）。他們都具有較長的半衰期，PFOS半衰期約是5年，PFOA為3.5年[6]。此外，含量較高及生殖毒性較強(qiáng)的PFCs類物質(zhì)還有全氟壬酸鹽（perfluorononanoate，PFNA）、全氟辛烷磺酰胺（perfluorooctanesulfonamide，PFOSA）、全氟己烷磺酸（perfluorohexane sulfonic acid，PFHxS）和全氟庚酸（perfluoroheptanoic acid，PFHpA）等。飲食吸收則是PFCs進(jìn)入動物機(jī)體內(nèi)最重要的途徑，經(jīng)消化道首先在肝臟內(nèi)富集，隨后擴(kuò)散到如生殖系統(tǒng)的其他組織中[7-9]。

圖1 PFOS和PFOA的化學(xué)結(jié)構(gòu)

2 污染狀況

隨著全球工業(yè)技術(shù)的快速發(fā)展，PFCs作為一種易于合成及化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的有機(jī)化合物，近幾十年內(nèi)在工業(yè)生產(chǎn)中被廣泛使用。多種工業(yè)產(chǎn)品如表面活性劑、潤滑劑、紡織品及家具等物中都有PFCs的存在[1]。有學(xué)者對不同地區(qū)環(huán)境進(jìn)行檢測發(fā)現(xiàn)，在大氣、土壤、水源乃至極地地區(qū)，都有PFCs的存在[7]。目前PFCs已作為一種全球性的污染物受到人們的關(guān)注。2018年國內(nèi)研究表明，在長江的水以及沉積物中幾乎檢測到了所有種類的PFCs，并且其中PFOA占據(jù)最高含量[8]。一項包括中國及其他國家的研究發(fā)現(xiàn)，自來水和食物均有PFCs的污染[9]。

3 PFCs生殖毒性概述

3.1 PFCs與男性生殖健康 多項證據(jù)表明，無論是在雄性動物還是人類，PFCs均表現(xiàn)出對生殖系統(tǒng)的毒害作用，包括對激素水平、精子質(zhì)量等的影響。Louis等[10]發(fā)現(xiàn)包括PFOS和PFOA在內(nèi)的6種PFCs與17項精液質(zhì)量指標(biāo)有相關(guān)性，如精子頭部面積和周長降低、雙頭精子和未成熟精子比例升高等。Song等[8]研究表明隨著血液中PFOS及PFHxS含量的上升，精子的正常形態(tài)率有所下降。有學(xué)者分別對成年男性以及青少年男性的抽查發(fā)現(xiàn)，成年男性體液中PFOS及PFOA這兩種物質(zhì)的含量具有較強(qiáng)的正相關(guān)性，且這二者與血液中黃體生成激素（luteining hormone，LH）的濃度呈正相關(guān)[11]，而青少年男性血液PFOS濃度則與卵泡刺激素（follicular stimulating hormone，F(xiàn)SH）呈負(fù)相關(guān)[12]，與雌激素呈正相關(guān)[13]。另有研究顯示，健康男性血清中的PFOS與男性睪酮（testosterone，T）水平呈負(fù)相關(guān)，但對精液質(zhì)量無明顯的影響[14]。此外，還有學(xué)者認(rèn)為，PFCs會影響精子DNA的甲基化水平[15]、染色體整倍體性[16]乃至精子X染色體與Y染色體的比例[17]等。然而利用人類精子所進(jìn)行的基因?qū)用娴难芯肯鄬^少，需要進(jìn)一步的實驗探索。但有理由認(rèn)為PFCs類化合物在血液或精液中的聚集，可以使精液的質(zhì)量下降，男性生育力下調(diào)，甚至可能通過不同的途徑影響精子DNA的表觀遺傳以及染色體數(shù)目比例等。

對于PFCs影響男性生殖能力的作用機(jī)制，多數(shù)是利用雄性動物實驗探索的。Emerce等[18]的研究表明PFOS可影響雄性小鼠的下丘腦-垂體-睪丸軸（hypothalamic-pituitary-testicular axis，HPT axis）的功能，從而抑制LH和睪酮的釋放，同時促進(jìn)FSH釋放以及該性腺軸中多種生理過程的改變。隨后該實驗團(tuán)隊進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，PFOS可以通過對HPT軸中部分基因的修飾而發(fā)揮作用。在睪丸水平上，PFOS可以抑制FSH受體及睪酮受體基因的表達(dá)，同時可促進(jìn)促性腺激素釋放激素（gonadotropin-releasing hormone，GnRH）和LH受體基因的表達(dá)[18]。此外，有學(xué)者從凋亡途徑發(fā)現(xiàn)PFOS可以影響小鼠睪丸間質(zhì)細(xì)胞中多種mRNA的水平，并且在高濃度PFOS時可抑制Bcl-2蛋白的表達(dá)，并上調(diào)Bax蛋白表達(dá)水平，促使睪丸間質(zhì)細(xì)胞的凋亡[19]。另有研究發(fā)現(xiàn)PFOS可以通過作用于p38絲裂原活化蛋白激酶-激活轉(zhuǎn)錄因子2-基質(zhì)金屬蛋白酶9信號通路（p38MAPK-ATF2-MMP9 signalingpathway）而減少連接蛋白的表達(dá)，影響血睪屏障的正常功能，對雄性動物的生殖能力造成影響[20]。由此可見，PFOS可以通過多種不同機(jī)制在雄性動物體內(nèi)發(fā)揮其生殖毒性。但近年關(guān)于PFCs影響男性生殖系統(tǒng)功能的機(jī)制探索多停留在PFOS上，關(guān)于PFOA等其他化合物的作用機(jī)制還有待進(jìn)一步研究。

3.2 PFCs與女性生殖健康 研究發(fā)現(xiàn)非妊娠期女性血液中與卵泡液中多種PFCs類物質(zhì)的含量相互之間呈正相關(guān)關(guān)系，且PFCs的高暴露可能降低卵子的體外受精率及可移植胚胎數(shù)[21]。加拿大一項研究表明女性生育力的下調(diào)與血液PFOA及PFHxS濃度的上升有關(guān)，但與PFOS無關(guān)[22]。Lu等[23]發(fā)現(xiàn)PFOA與PFNA可通過影響甲狀腺的功能而間接降低女性生殖能力，但對血液中抗苗勒管激素（anti-mullerian hormone，AMH）無明顯影響。在青少年中，PFCs的血液檢出率仍很高，且研究發(fā)現(xiàn)PFUA會促進(jìn)FSH的增加，PFOS及全氟癸酸（PFDoA）與女性青少年血液中睪酮水平呈負(fù)相關(guān)，并且可能下調(diào)性激素結(jié)合蛋白（sexhormone-bindingglobulin，SHBG）[12-13]。另一項對正常妊娠女性及其新生兒的研究發(fā)現(xiàn)，母血中高水平的PFOS及PFOA與男性新生兒體內(nèi)雌孕激素水平呈正相關(guān)，與女性新生兒血中孕激素和泌乳素（prolactin，PRL）呈負(fù)相關(guān)[24]。然而也有相反的研究結(jié)果，López-Arellano等[25]的小規(guī)模數(shù)據(jù)分析認(rèn)為卵泡液中PFCs水平與卵子受精率及優(yōu)質(zhì)胚胎率呈正相關(guān)。值得一提的是，盡管相對于男性，目前關(guān)于PFCs對女性生殖能力的研究更為有限，但女性血液中或卵泡液中的PFCs會在一定程度上對女性生育能力（包括激素水平，卵子及胚胎發(fā)育過程等）造成影響，并可能進(jìn)一步影響胎兒的健康。

體外實驗表明，PFCs可以對性激素蛋白的功能造成影響，PFHxS、PFOS及PFOA可以顯著誘導(dǎo)雌激素受體的活性，并拮抗雄激素受體，這些作用都是濃度依賴性的[26-27]。此外，在高濃度時PFDA還可以抑制芳香化酶的活性，影響甾體類激素的合成[27]，動物實驗還進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)PFOS及PFOA可以抑制豬卵泡顆粒細(xì)胞及卵泡膜細(xì)胞合成甾體類激素的能力[28]。利用雌性小鼠行進(jìn)一步探究，發(fā)現(xiàn)PFOS可以通過下調(diào)甾體生成急性調(diào)節(jié)蛋白（steroidogenic acute regulatory，StAR）基因組蛋白的乙?；?，從而抑制雌激素的生物合成[29]。除影響甾體激素合成外，還有學(xué)者發(fā)現(xiàn)血液中的PFCs可以誘導(dǎo)肝細(xì)胞系生成活性氧簇（reactive oxygen species，ROS）以及降低其抗氧化能力，從而造成細(xì)胞DNA的損傷，且這種作用呈現(xiàn)濃度依賴性[30]。此后，Chen等[31]利用孕鼠進(jìn)行實驗，發(fā)現(xiàn)PFOA可以促進(jìn)黃體細(xì)胞中過氧化氫和丙二醛等ROS的生成并抑制超氧化物歧化酶與過氧化氫酶的活性而降低黃體功能，降低孕激素的濃度，并可以上調(diào)黃體中p53及Bax蛋白、下調(diào)Bcl蛋白而促進(jìn)黃體的凋亡。另有實驗表明PFOS可影響卵子與周圍細(xì)胞間的連接蛋白的活性而對卵丘-卵子復(fù)合體（cumulus-oocyte complexes，COC）的功能造成影響，阻礙卵子成熟與排卵[32]。

總之，PFCs對雄性與雌性動物生殖能力的影響并不是通過某一種途徑造成的，而是有多種不同的分子機(jī)制共同作用。由于目前在世界范圍內(nèi)對此類物質(zhì)毒性認(rèn)知的相對缺乏，其在體液中發(fā)揮毒性作用的閾值也并沒有明確的界定（包括PFOA及PFOS兩種研究最多的PFCs類物質(zhì)）。已有的體外實驗與動物實驗也基本都是參考其他類生殖內(nèi)分泌干擾物濃度或使用常規(guī)毒性試驗常用濃度進(jìn)行研究的。因此，對PFCs的探索存在一定的局限性。盡管PFCs影響人類生殖能力的分子機(jī)制研究非常有限，但根據(jù)臨床試驗以及動物實驗結(jié)果，有理由認(rèn)為PFCs具有生殖毒性，應(yīng)該引起人們更多的關(guān)注。

4 結(jié)語

隨著對PFCs生殖毒性研究的逐漸深入，人們對這類污染物的重視程度也在不斷提高。近年部分發(fā)達(dá)國家也針對PFCs出臺了相關(guān)法規(guī)，控制其在工業(yè)中的應(yīng)用以及生活環(huán)境中的濃度。2008年，歐盟立法禁止PFOS在制造業(yè)與進(jìn)口行業(yè)中的應(yīng)用[2]，日本也在2010年出臺類似的法規(guī)[33]。2016年，美國國家環(huán)境保護(hù)局（U.S.Environmental Protection Agency，USEPA）出臺政策，建議居民飲用水中PFOS[34]及PFOA[35]的濃度應(yīng)低于0.07μg/L。然而我國不同地區(qū)生活環(huán)境中PFCs的監(jiān)測數(shù)據(jù)還非常有限，并且目前還沒有針對PFCs類物質(zhì)出臺相關(guān)的限制法規(guī)。因此，加強(qiáng)關(guān)于PFCs危害性的研究和公共認(rèn)知十分重要。另一方面，包括PFCs在內(nèi)的多種環(huán)境中的內(nèi)分泌干擾物，也可能對許多原因不明的不孕不育患者的病因進(jìn)行解釋，對其的研究與預(yù)防有望進(jìn)一步改善臨床上不孕不育患者的治療。