第一作者：林慧康

通讯作者：张杭君 教授

通讯单位：杭州师范大学生命与环境科学学院

论文DOI：https://doi.org/10.1021/acs.est.2c03452

图片摘要

成果简介

近日，杭州师范大学生命与环境科学学院张杭君教授团队在环境领域著名学术期刊Environmental Science & Technology上发表了题为“Per- and Polyfluoroalkyl Substances (PFASs) Impair Lipid Metabolism in Rana nigromaculata: A Field Investigation and Laboratory Study”的研究论文。研究表明，17种全氟及多氟化合物（PFASs）在野外黑斑蛙（Rana nigromaculata）体内广泛检出，其含量与黑斑蛙肝指数、肝脏脂质含量存在显著相关性。进一步室内模拟研究发现全氟辛酸（PFOA）、全氟辛烷磺酸（PFOS）、6:2 氯代多氟醚基磺酸（6:2 Cl-PFESA）暴露通过激活脂质生成、脂质转运过程，同时抑制脂质分解过程导致黑斑蛙肝脏脂质积累，进而导致肝肿大。激动剂/拮抗剂共暴露实验证实PPARα与LXRα信号通路是PFASs干扰脂质代谢的重要分子机制。该成果为研究PFASs的环境发生及其对两栖类动物的环境风险提供全新视角。

引言

全氟及多氟化合物（PFASs）是一类具有特殊碳氟结构的人工合成化学物质。由于其大量生产与使用，PFAS污染逐渐成为全球性的环境问题，严重危害野生动物甚至人类的健康。两栖类动物对外界环境的变化极为敏感，通常视为生态环境监测的重要指示动物。近年来，两栖类动物种群衰减严重，环境污染可能是两栖类种群下降的重要原因之一。目前，已有研究报道PFASs在我国本土两栖类物种黑斑蛙肝脏等全身组织中检出。然而，环境中PFASs对黑斑蛙产生的不利影响与生态风险尚不清楚。因此，本研究通过野外实地调查与室内模拟研究相结合，综合分析PFASs的生态毒性效应，深入探讨PFASs干扰黑斑蛙脂质代谢的分子机制。

图文导读

PFASs在野外黑斑蛙体内蓄积及其对脂质代谢的影响

图1：（A）野外黑斑蛙体内平均∑PFASs浓度的组织分布；（B）肝脏中传统PFASs和新兴PFASs的组成概况；（C）肝脏PFAS蓄积与脂质代谢相关生理指标的相关性分析。

为了了解PFASs在环境中的污染状况及其对黑斑蛙的潜在影响，采用UPLC-MS/MS检测17种PFASs在野外水体以及黑斑蛙体内的含量，同时分析黑斑蛙的脂质代谢相关生理指标。结果显示PFASs在水体以及黑斑蛙体内广泛检出，肾脏、脾脏与肝脏是PFAS蓄积的主要靶器官（图1 A）。肝脏PFAS含量，尤其是PFOA、PFOS、6:2 Cl-PFESA含量与肝体比（HSI）、肝脏甘油三酯（TG）及胆固醇（TC）等脂质代谢相关指标呈正相关，表明PFASs可能会导致脂质含量增加并诱导肝肿大（图1 C）。

PFASs暴露导致黑斑蛙肝脏脂质积累

图2：（A）PFOA、PFOS、6:2 Cl-PFESA暴露对黑斑蛙HSI的影响；（B）PFOA、PFOS、6:2 Cl-PFESA暴露对黑斑蛙肝脏TG含量的影响；（C）对照组肝脏油红O染色结果；（D）1 μg/L PFOA暴露组；（E）10 μg/L PFOA暴露组；（F）1 μg/L PFOS暴露组；（G）10 μg/L PFOS暴露组；（H）1 μg/L 6:2 Cl-PFESA暴露组；（I）10 μg/L 6:2 Cl-PFESA暴露组。

进一步通过实验室模拟研究发现PFOA、PFOS、6:2 Cl-PFESA升高了HIS（图2 A）与肝脏TG含量（图2 B），同时还增加了肝脏脂滴的数量（图2 C-I）。这与野外调查结果相一致。表明PFASs可能作为黑斑蛙的环境脂质代谢干扰物质，导致肝脏脂质积累。

PFASs暴露扰乱黑斑蛙肝脏脂肪酸谱

图3：对照组和10 μg/L PFOA、PFOS、6:2 Cl-PFESA暴露组中肝脏脂肪酸谱的聚类热图分析。

为了进一步揭示PFASs导致脂质积累的上游信息，使用GC-MS检测肝脏49种脂肪酸（FA）含量，包括15种饱和脂肪酸（SFA）、20种单不饱和脂肪酸（MUFA）、14种多不饱和脂肪酸（PUFA）。结果表明暴露于PFOA、PFOS、6:2 Cl-PFESA改变了黑斑蛙肝脏中的脂肪酸谱，增加了SFA 含量并降低了 MUFA 和 PUFA 含量（图 3），这可能是肝脏脂质积累的重要原因之一。

PPARα与LXRα介导PFASs诱导的脂质代谢紊乱

图4：（A-C）肝脏LXRα和PPARα蛋白表达分析；（D-F）LXRα与PFOA、PFOS、6:2 Cl-PFESA的分子对接结果；（G-I）PPARα与PFOA、PFOS、6:2 Cl-PFESA的分子对接结果；（J，K）LXRα和PPARα激动剂及拮抗剂暴露对HSI及肝脏TG含量的影响。

接着利用蛋白质印迹法发现三种PFASs导致LXRα、PPARα蛋白表达改变（图4 A-C）。同时，使用分子对接模拟PFOA、PFOS、6:2 Cl-PFESA与LXRα、PPARα的结合模式，发现三种PFASs均与LXRα、PPARα形成稳定的氢键，并具有较强的亲和力（图4 D-I）。此外，LXRα、PPARα激动剂及PFOA、PFOS、6:2 Cl-PFESA单独暴露升高了黑斑蛙HIS与肝脏TG含量，而LXRα、PPARα拮抗剂则缓解了三种PFASs升高 HIS与TG的趋势（图4 J，K）。因此，证明了LXRα、PPARα激活在PFASs诱导脂质代谢紊乱过程中起着至关重要的作用。

PFASs干扰黑斑蛙脂质代谢的分子机制

图5：PFOA、PFOS、6:2 Cl-PFESA暴露对肝脏脂质代谢相关基因表达、酶活性的影响。

基于上述脂质积累效应及其机制分析，进一步通过检测脂质代谢相关基因表达与酶活，主要包括核受体信号通路（LXRα、PPARα）、脂质生成（FA、TG、TC生成）、脂质分解（TG、TC代谢）和脂质转运等，发现FASN、ACC、GPAT、HMGCR等调控FA、TG、TC生成以及ABCA1、APOA1等调控脂质转运过程的基因与酶活升高，而CPT1、ACOX1等调控脂质分解过程的基因与酶活下降，其中LXRα、PPARα的激活发挥着重要作用，进一步揭示了PFASs干扰黑斑蛙脂质代谢的分子机制。

小结

本研究通过野外调查与室内模拟研究，系统地分析了PFASs的脂质代谢干扰效应及其分子机制。实验结果表明，野外黑斑蛙肝脏PFAS积累与脂质含量等脂质代谢相关指标呈正相关，PFASs实验室暴露则升高了HIS与肝脏TG含量，同时扰乱了肝脏脂肪酸谱，进一步从分子角度采用分子对接、激动剂/拮抗剂共暴露等方法证明了LXRα、PPARα信号通路在PFASs干扰黑斑蛙脂质代谢中的关键作用。本研究为PFASs对黑斑蛙的脂质代谢干扰效应及其机制提供了详细的见解，为PFASs的生态风险评估与两栖类的种群保护提供了理论依据。

本项目得到了国家自然基金（No. 32071622，No. 21876037）与浙江省自然基金（No. Q21B070028）的资助。

作者简介

第一作者 林慧康：杭州师范大学生命与环境科学学院2020级硕士研究生。主要从事两栖动物毒理学研究。以第一作者身份在Environmental Science & Technology、Environmental Pollution期刊发表论文2篇。

通讯作者 张杭君：杭州师范大学科研处处长、教授、博士生导师。主要从事新兴环境污染物毒效应的组学和表观遗传学研究工作。担任国际期刊International Journal of Ecotoxicology and Ecobiology编委，国际期刊Environmental Science& Technology等审稿人。主持和完成国家自然科学基金项目4项，浙江省重点研发计划项目等省部级项目10项。以第一作者和通讯作者在Environmental Science& Technology、Chemical Engineering Journal、Journal of Hazardous Materials等期刊发表SCI论文50余篇；以第一完成人授权国家发明专利20余项，计算机软件著作权3项；主编教材4部。