PFOS對環(huán)境污染及生物健康影響的研究進(jìn)展

付俞賀，張曉溪

(桂林醫(yī)學(xué)院，廣西 桂林 541000)

0 引言

全氟辛烷磺酸(Perfluorooctane Sulfonate，PFOS)是以8個碳原子為主鏈，其他所有的H原子都被F原子所取代，分子式為C8F17SO3，是全氟化合物(Perfluorinated Compounds，PFCS)中應(yīng)用最廣泛也是最常見的代表物質(zhì)，其C-F鍵無論是斷裂還是合成都需要比較高的能量，造就了PFOS很好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性。因此，PFOS被廣泛應(yīng)用到了各行各業(yè)中，如：不銹鋼鍋、防雨防油布料、航空、汽油、涂料、滅火劑等。而由于目前對其相關(guān)的廢物排放處理管控不夠重視，導(dǎo)致大量使用后的材料費(fèi)渣被排入到了河流與土壤中，間接或直接的被人類和動物所吸收。盡管PFOS作為新型的持久性有機(jī)污染物被列入《斯德哥爾摩公約》[1]，但是在世界的眾多河流以及人體中都檢測到PFOS的存在，而且PFOS在人類體內(nèi)需要5.4年才能代謝出去[2]，因此PFOS近幾年逐漸受到材料學(xué)[3-5]、環(huán)境學(xué)[6,7]、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。

1 PFOS在國內(nèi)外水體污染研究

隨著PFOS在全世界工業(yè)中大量應(yīng)用，以及大多數(shù)國家和地區(qū)環(huán)保部門對其排放處理的忽視，在世界各國的水體中均發(fā)現(xiàn)PFOS污染情況(表1、表2)。

表2 國外國家和地區(qū)水體PFOS污染分布情況

LOD：最低檢測

如表1所示，在我國境內(nèi)的水體中，黃河流域、武漢漢江部分流域、遼寧的PFOS檢出濃度高于其他水體。黃河是中華民族的母親河，黃河流域是人口相當(dāng)密集的地區(qū)，因?yàn)椴糠植蓸狱c(diǎn)周圍地區(qū)排放的工業(yè)和城市污水排入到了黃河中，這可能是導(dǎo)致檢出PFOS濃度較高的原因。同樣的武漢和遼寧是全國重要的工業(yè)基地，許多未經(jīng)完全處理的化學(xué)試劑、表面涂層等材料廢渣可能流入到水體中。因此在以流經(jīng)不同城市的河流為樣本取樣時，應(yīng)注意規(guī)劃好取樣地點(diǎn)和范圍，不宜以單一的一塊區(qū)域?yàn)榇怼?/p>

從表2中，我們不難看出，在全世界各大水體中都存在PFOS不同程度的污染情況，而且，即便同一條河流，在流經(jīng)不同地方時，PFOS的濃度也有高低變化。在工業(yè)較為發(fā)達(dá)地區(qū)的水體中(如安大略、日本沿海、泰晤士河等水域)，PFOS含量較高于其他地區(qū)。而2002年底，美國PFOS最大的生產(chǎn)商宣布停產(chǎn)PFOS相關(guān)產(chǎn)品；2006年底，歐洲議會和部長理事會聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于限制全氟辛烷磺酸銷售及使用的指令》，可能對美國及歐洲大多數(shù)水體PFOS含量的控制產(chǎn)生積極意義。此外，河流上下游走勢、當(dāng)時河流流量，以及采樣點(diǎn)處在的具體環(huán)境，均造成PFOS含量的差異。

2 PFOS的生物毒性

2.1 代謝干擾作用

PFOS會影響機(jī)體代謝功能，干擾激素或酶等物質(zhì)的釋放和活性。肝臟是機(jī)體最主要的代謝、解毒器官，PFOS難以排出體內(nèi)，首先就沉積在肝臟內(nèi)，但是具體的機(jī)制尚不清楚。通過用不同濃度的PFOS干預(yù)培養(yǎng)人肝細(xì)胞系，發(fā)現(xiàn)隨著PFOS濃度和干預(yù)時間的增加，三種細(xì)胞色素酶(CYP1A2，CYP2C19和CYP3A4)活性是呈不同幅度遞減趨勢[19]，另外催化膽固醇合成膽汁酸的限速步驟的關(guān)鍵酶CYP7A1活性也顯著降低[20]，這些酶活性的降低將嚴(yán)重影響膽汁酸的合成。隨著PFOS在肝內(nèi)的增多，會增加肝臟重量，造成生物轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白[21]以及脂質(zhì)代謝紊亂[22]。有流行病學(xué)研究表明PFOS與甲狀腺功能之間有相關(guān)的關(guān)系，研究發(fā)現(xiàn)PFOS與總T3、總T4呈負(fù)相關(guān)[23]，且顯著抑制甲狀腺細(xì)胞增殖[24]。在甲狀腺手術(shù)的患者標(biāo)本中都發(fā)現(xiàn)了PFOS，因此，研究PFOS與甲狀腺之間的關(guān)系是很必要的[25]。PFOS還會影響胰內(nèi)分泌腺功能，從而破壞糖穩(wěn)態(tài)。通過對孕婦血清氟化物的檢測發(fā)現(xiàn)，PFOS濃度升高可能改變?nèi)焉锲谄咸烟欠€(wěn)態(tài)[26]，與妊娠期糖尿病風(fēng)險(xiǎn)顯著升高有關(guān)[27,28]。

2.2 生殖發(fā)育毒性

PFOS會引起生殖功能障礙以及妊娠并發(fā)癥。有報(bào)道稱，PFOS 引起了非洲爪蟾蜍睪丸內(nèi)精原細(xì)胞變性[29]，睪丸功能下降導(dǎo)致生殖缺陷[30]。還有實(shí)驗(yàn)研究表明，PFOS會擾亂雄性大鼠支持細(xì)胞血睪丸屏障功能，使精子數(shù)量減少和精液質(zhì)量下降[31]。李靜[32]和Angela Pham[33]等人通過PFOS作用于胎盤細(xì)胞后發(fā)現(xiàn)細(xì)胞生長下降，在妊娠期暴露于高劑量全氟辛烷磺酸的小鼠胎盤中，在H19啟動子處觀察到明顯的低甲基化。也增加應(yīng)激反應(yīng)分子CRH的基因表達(dá)，而這些都與妊娠并發(fā)癥有關(guān)。同時發(fā)現(xiàn)PFOS處理組相對于正常組的IL-6分泌水平降低，而TNF-α和IL-10的濃度升高，說明PFOS可以誘導(dǎo)細(xì)胞中炎性細(xì)胞因子的分泌水平發(fā)生變化，從而導(dǎo)致胎盤滋養(yǎng)層細(xì)胞活性下降[34]。

2.3 免疫毒性

PFOS降低淋巴細(xì)胞活性影響白介素的產(chǎn)生。為了研究PFOS對人淋巴細(xì)胞的細(xì)胞毒性作用的潛在機(jī)制，將人類淋巴細(xì)胞與PFOS孵育后，發(fā)現(xiàn)人淋巴細(xì)胞的活力降低約50%，此外還證明了細(xì)胞蛋白水解和caspase-3激活與PFOS誘導(dǎo)的淋巴細(xì)胞毒性有關(guān)[35,36]。而淋巴細(xì)胞活性的降低會干擾白介素的產(chǎn)生，包括IL-1、IL-4、IL-6和IL-8，它們在免疫系統(tǒng)中具有復(fù)雜的炎癥和抗炎功能，包括調(diào)節(jié)T淋巴細(xì)胞和B淋巴細(xì)胞的發(fā)育和分化，并且通過轉(zhuǎn)錄組分析來確定了全氟辛烷磺酸對淋巴細(xì)胞的免疫毒理學(xué)作用[37]。最終當(dāng)PFOS濃度過高時會導(dǎo)致免疫抑制[38]，增加感染率[39]。

2.4 神經(jīng)毒性

暴露于PFOS會造成神經(jīng)細(xì)胞凋亡，影響神經(jīng)遞質(zhì)活性和神經(jīng)元形態(tài)。把成年小鼠暴露于全氟辛烷磺酸三個月后，觀察到小鼠空間學(xué)習(xí)和記憶的損害。在暴露于PFOS后，發(fā)現(xiàn)海馬細(xì)胞中出現(xiàn)了顯著的細(xì)胞凋亡，多巴胺分泌減少，caspase-3蛋白表達(dá)增加，而Bcl-2，Bcl-XL蛋白表達(dá)降低[40]。星形膠質(zhì)細(xì)胞衍生的D-絲氨酸被證明參與了全氟辛烷磺酸誘導(dǎo)的大鼠海馬神經(jīng)元的凋亡和死亡，在星形膠質(zhì)細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)了D-絲氨酸的顯著變化[41]。并且全氟辛烷磺酸暴露會改變γ-氨基丁酸和乙酰膽堿酯酶的活性，改變大腦形態(tài)以及較小的神經(jīng)節(jié)，導(dǎo)致神經(jīng)毒性缺陷[42,43]。最近的研究表明，將神經(jīng)元細(xì)胞暴露于PFOS中，會誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，引發(fā)全氟辛烷磺酸神經(jīng)毒性的機(jī)制[44,45]。

3 存在的問題與挑戰(zhàn)

早年間世界工業(yè)化發(fā)展中對PFOS的大量應(yīng)用[46]，對全世界生態(tài)環(huán)境造成了不同程度的污染[47]，由于PFOS高度穩(wěn)定性和生物聚集性，隨著時間的積累，對機(jī)體健康造成各系統(tǒng)的影響，這是我們不可以忽視的一個問題。盡管自2002年以來，隨著美國、歐盟及經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織(Organization for Economic Co-operation and Development，OECD)等國家地區(qū)和組織出臺一系列禁令和法規(guī)，PFOS逐漸停產(chǎn)[48]，但是遺留的污染問題依然沒有得到很好的解決。

PFCs引起的生物毒性，近幾年才逐漸被科研人員所重視。關(guān)于PFOS和全氟辛酸(Perfluoro octanoic acid，PFOA)的有害影響盡管已有大量研究報(bào)道[49-52]，但大多數(shù)實(shí)驗(yàn)研究還只停留在動物實(shí)驗(yàn)階段，其對人體的作用機(jī)制有待進(jìn)一步研究。

此外，隨著PFOS及 PFOA等傳統(tǒng)PFCs的限制使用，許多新型氟化物作為其替代物開始登上舞臺，雖然部分替代物被證實(shí)生物毒性較小[53,54]，但更多替代物的產(chǎn)生或許單純?yōu)榱吮荛_檢測，其生物毒性并不明確。而且，由于市場對于其熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性的需求，這些PFOS替代物的代謝干擾作用和難降解的特性依舊會或多或少地造成環(huán)境污染，這將是我們面臨的一個新的挑戰(zhàn)。