PFOS对环境污染及生物健康影响的研究进展

付俞贺，张晓溪

(桂林医学院，广西 桂林 541000)

0 引言

全氟辛烷磺酸(Perfluorooctane Sulfonate，PFOS)是以8个碳原子为主链，其他所有的H原子都被F原子所取代，分子式为C8F17SO3，是全氟化合物(Perfluorinated Compounds，PFCS)中应用最广泛也是最常见的代表物质，其C-F键无论是断裂还是合成都需要比较高的能量，造就了PFOS很好的热稳定性和化学稳定性。因此，PFOS被广泛应用到了各行各业中，如：不锈钢锅、防雨防油布料、航空、汽油、涂料、灭火剂等。而由于目前对其相关的废物排放处理管控不够重视，导致大量使用后的材料费渣被排入到了河流与土壤中，间接或直接的被人类和动物所吸收。尽管PFOS作为新型的持久性有机污染物被列入《斯德哥尔摩公约》[1]，但是在世界的众多河流以及人体中都检测到PFOS的存在，而且PFOS在人类体内需要5.4年才能代谢出去[2]，因此PFOS近几年逐渐受到材料学[3-5]、环境学[6,7]、医学等领域的广泛关注。

1 PFOS在国内外水体污染研究

随着PFOS在全世界工业中大量应用，以及大多数国家和地区环保部门对其排放处理的忽视，在世界各国的水体中均发现PFOS污染情况(表1、表2)。

表2 国外国家和地区水体PFOS污染分布情况

LOD：最低检测

如表1所示，在我国境内的水体中，黄河流域、武汉汉江部分流域、辽宁的PFOS检出浓度高于其他水体。黄河是中华民族的母亲河，黄河流域是人口相当密集的地区，因为部分采样点周围地区排放的工业和城市污水排入到了黄河中，这可能是导致检出PFOS浓度较高的原因。同样的武汉和辽宁是全国重要的工业基地，许多未经完全处理的化学试剂、表面涂层等材料废渣可能流入到水体中。因此在以流经不同城市的河流为样本取样时，应注意规划好取样地点和范围，不宜以单一的一块区域为代表。

从表2中，我们不难看出，在全世界各大水体中都存在PFOS不同程度的污染情况，而且，即便同一条河流，在流经不同地方时，PFOS的浓度也有高低变化。在工业较为发达地区的水体中(如安大略、日本沿海、泰晤士河等水域)，PFOS含量较高于其他地区。而2002年底，美国PFOS最大的生产商宣布停产PFOS相关产品；2006年底，欧洲议会和部长理事会联合发布《关于限制全氟辛烷磺酸销售及使用的指令》，可能对美国及欧洲大多数水体PFOS含量的控制产生积极意义。此外，河流上下游走势、当时河流流量，以及采样点处在的具体环境，均造成PFOS含量的差异。

2 PFOS的生物毒性

2.1 代谢干扰作用

PFOS会影响机体代谢功能，干扰激素或酶等物质的释放和活性。肝脏是机体最主要的代谢、解毒器官，PFOS难以排出体内，首先就沉积在肝脏内，但是具体的机制尚不清楚。通过用不同浓度的PFOS干预培养人肝细胞系，发现随着PFOS浓度和干预时间的增加，三种细胞色素酶(CYP1A2，CYP2C19和CYP3A4)活性是呈不同幅度递减趋势[19]，另外催化胆固醇合成胆汁酸的限速步骤的关键酶CYP7A1活性也显著降低[20]，这些酶活性的降低将严重影响胆汁酸的合成。随着PFOS在肝内的增多，会增加肝脏重量，造成生物转运蛋白[21]以及脂质代谢紊乱[22]。有流行病学研究表明PFOS与甲状腺功能之间有相关的关系，研究发现PFOS与总T3、总T4呈负相关[23]，且显著抑制甲状腺细胞增殖[24]。在甲状腺手术的患者标本中都发现了PFOS，因此，研究PFOS与甲状腺之间的关系是很必要的[25]。PFOS还会影响胰内分泌腺功能，从而破坏糖稳态。通过对孕妇血清氟化物的检测发现，PFOS浓度升高可能改变妊娠期葡萄糖稳态[26]，与妊娠期糖尿病风险显著升高有关[27,28]。

2.2 生殖发育毒性

PFOS会引起生殖功能障碍以及妊娠并发症。有报道称，PFOS 引起了非洲爪蟾蜍睾丸内精原细胞变性[29]，睾丸功能下降导致生殖缺陷[30]。还有实验研究表明，PFOS会扰乱雄性大鼠支持细胞血睾丸屏障功能，使精子数量减少和精液质量下降[31]。李静[32]和Angela Pham[33]等人通过PFOS作用于胎盘细胞后发现细胞生长下降，在妊娠期暴露于高剂量全氟辛烷磺酸的小鼠胎盘中，在H19启动子处观察到明显的低甲基化。也增加应激反应分子CRH的基因表达，而这些都与妊娠并发症有关。同时发现PFOS处理组相对于正常组的IL-6分泌水平降低，而TNF-α和IL-10的浓度升高，说明PFOS可以诱导细胞中炎性细胞因子的分泌水平发生变化，从而导致胎盘滋养层细胞活性下降[34]。

2.3 免疫毒性

PFOS降低淋巴细胞活性影响白介素的产生。为了研究PFOS对人淋巴细胞的细胞毒性作用的潜在机制，将人类淋巴细胞与PFOS孵育后，发现人淋巴细胞的活力降低约50%，此外还证明了细胞蛋白水解和caspase-3激活与PFOS诱导的淋巴细胞毒性有关[35,36]。而淋巴细胞活性的降低会干扰白介素的产生，包括IL-1、IL-4、IL-6和IL-8，它们在免疫系统中具有复杂的炎症和抗炎功能，包括调节T淋巴细胞和B淋巴细胞的发育和分化，并且通过转录组分析来确定了全氟辛烷磺酸对淋巴细胞的免疫毒理学作用[37]。最终当PFOS浓度过高时会导致免疫抑制[38]，增加感染率[39]。

2.4 神经毒性

暴露于PFOS会造成神经细胞凋亡，影响神经递质活性和神经元形态。把成年小鼠暴露于全氟辛烷磺酸三个月后，观察到小鼠空间学习和记忆的损害。在暴露于PFOS后，发现海马细胞中出现了显着的细胞凋亡，多巴胺分泌减少，caspase-3蛋白表达增加，而Bcl-2，Bcl-XL蛋白表达降低[40]。星形胶质细胞衍生的D-丝氨酸被证明参与了全氟辛烷磺酸诱导的大鼠海马神经元的凋亡和死亡，在星形胶质细胞中发现了D-丝氨酸的显着变化[41]。并且全氟辛烷磺酸暴露会改变γ-氨基丁酸和乙酰胆碱酯酶的活性，改变大脑形态以及较小的神经节，导致神经毒性缺陷[42,43]。最近的研究表明，将神经元细胞暴露于PFOS中，会诱导细胞凋亡，引发全氟辛烷磺酸神经毒性的机制[44,45]。

3 存在的问题与挑战

早年间世界工业化发展中对PFOS的大量应用[46]，对全世界生态环境造成了不同程度的污染[47]，由于PFOS高度稳定性和生物聚集性，随着时间的积累，对机体健康造成各系统的影响，这是我们不可以忽视的一个问题。尽管自2002年以来，随着美国、欧盟及经济合作与发展组织(Organization for Economic Co-operation and Development，OECD)等国家地区和组织出台一系列禁令和法规，PFOS逐渐停产[48]，但是遗留的污染问题依然没有得到很好的解决。

PFCs引起的生物毒性，近几年才逐渐被科研人员所重视。关于PFOS和全氟辛酸(Perfluoro octanoic acid，PFOA)的有害影响尽管已有大量研究报道[49-52]，但大多数实验研究还只停留在动物实验阶段，其对人体的作用机制有待进一步研究。

此外，随着PFOS及 PFOA等传统PFCs的限制使用，许多新型氟化物作为其替代物开始登上舞台，虽然部分替代物被证实生物毒性较小[53,54]，但更多替代物的产生或许单纯为了避开检测，其生物毒性并不明确。而且，由于市场对于其热稳定性和化学稳定性的需求，这些PFOS替代物的代谢干扰作用和难降解的特性依旧会或多或少地造成环境污染，这将是我们面临的一个新的挑战。