全氟烷基和多氟烷基物質（PFAS）通常被稱為”永遠的化學物質”，以其在水、土壤甚至人腦中的持久性而聞名。它們能夠穿過血腦屏障並在腦組織中蓄積，這引起了人們的極大關注，但人們對其神經毒性作用的機制仍然知之甚少。

布法羅大學的研究人員最近進行的一項研究確定了11 個基因，它們可能在揭示大腦如何對這些廣泛使用的環境持久性化學物質做出反應方面起著至關重要的作用。

研究發現，無論測試的是哪種全氟辛烷磺酸化合物，這些基因（其中一些涉及對神經元健康至關重要的過程）都會受到全氟辛烷磺酸暴露的持續影響，要么表達得更多，要么表達得更少。 例如，所有化合物都會導致一種對神經細胞存活至關重要的基因表現減少，而另一種與神經細胞死亡有關的基因表現增加。

“我們的研究結果表明，這些基因可能是未來檢測和監測全氟辛烷磺酸誘導的神經毒性的標記物，”主要共同通訊作者、哥倫比亞大學文理學院化學系瑪喬麗-E-溫克勒博士特聘教授G. Ekin Atilla-Gokcumen 博士說。

不過，這項發表在ACS化學神經科學的研究還是發現，根據所測試的化合物，還有數百個基因的表達發生了不同方向的變化。 此外，PFAS在細胞中的累積程度與它導致不同基因表現的程度之間並無關聯。

布法羅大學化學教授G. Ekin Atilla-Gokcumen 和Diana Aga 的實驗室領導的一項研究發現了一些有關全氟和多氟烷基物質（即眾所周知的永生化學物質）神經毒性作用的分子線索。 圖片來源：Meredith Forrest Kulwicki/布法羅大學

綜合來看，這顯示每種類型的全氟辛烷磺酸都有不同的分子結構，促使基因表現發生變化。

“儘管全氟辛烷磺酸具有某些共同的化學特徵，但其形狀和大小卻各不相同，從而導致其生物效應也各不相同。 因此，了解我們自身的生物學如何對不同類型的全氟辛烷磺酸做出反應具有重要的生物醫學意義，”該研究的另一位共同通訊作者、紐約州立大學化學系特聘教授兼Henry M. Woodburn 講座教授、紐約州立大學RENEW 研究所所長Diana Aga 博士說。

Atilla-Gokcumen補充說：「全氟辛烷磺酸會對細胞產生非常不同的影響，這取決於它們的鍊長或頭基團。我們不應該把它們看作是一大類化合物，而應該把它們看作是我們需要單獨研究的化合物。

其他作者包括生物科學系教授、博士Omer Gokcumen。 該研究得到了美國環保署（EPA）的支持。

全氟辛烷磺酸不會立即產生毒性。 我們幾乎每天都會接觸到它們，包括透過飲用水和食品包裝接觸到它們，但卻沒有註意到。

Atilla-Gokcumen說：”因此，研究人員需要在細胞過程的更上游找到評估點，而不僅僅是細胞的生死。”

研究團隊決定專注於全氟辛烷磺酸如何影響類神經細胞的基因表達，以及全氟辛烷磺酸如何影響脂質，脂質是幫助構成細胞膜以及其他重要功能的分子。 在接觸不同的全氟辛烷磺酸24 小時後，脂質發生了輕微但明顯的變化，700 多個基因的表達也不同。

在測試的六種全氟辛烷磺酸中，PFOA 曾常用於不沾鍋，最近被美國環保署認定為有害物質是迄今為止影響最大的一種。 儘管PFOA的攝取量很小，但它改變了近600個基因的表達–沒有其他化合物改變的基因超過147個。 特別是，PFOA 降低了突觸生長和神經功能相關基因的表達。

總之，這六種化合物導致涉及缺氧信號、氧化壓力、蛋白質合成和氨基酸代謝的生物通路發生變化，而所有這些都對神經元的功能和發育至關重要。

研究發現，有11 個基因對所有六種化合物的表達方式相同，或多或少。 其中一個持續下調的基因是間腦星狀細胞衍生神經營養因子，它對神經細胞的存活非常重要，已被證明能逆轉大鼠神經退化性疾病的症狀。 持續上調的基因之一是硫氧還蛋白相互作用蛋白，它與神經細胞死亡有關。

“在我們檢測的所有全氟辛烷磺酸中，這11 個基因都表現出一致的調控。”Atilla-Gokcumen說：”這種一致的反應表明，它們可以作為評估全氟辛烷磺酸暴露的有希望的標誌物，但要知道這些基因對其他類型的全氟辛烷磺酸是如何反應的，還需要進一步的研究。

儘管全氟辛烷磺酸可能有害，但現實情況是，目前還沒有找到好的替代品。這些化合物也許可以在食品包裝等應用中被取代，但它們在消防和半導體製造等領域的有效性可能需要長期維持。

這就是為什麼像這樣的研究至關重要，Atilla-Gokcumen 說。 大多數基因對不同化合物的反應各不相同，而且全氟辛烷磺酸攝入細胞與它們導致的基因表現變化程度之間缺乏相關性，這突顯了這些化合物各自的獨特性。

「如果我們了解了某些PFAS 比其他PFAS 更有害的原因，我們就可以優先淘汰最嚴重的PFAS，同時尋找更安全的替代品。例如，我們正在探索短鏈全氟辛烷磺酸等替代品，因為它們在環境中的持久性較低，在生物系統中的積累也較少。可能會對健康產生未知影響，因此需要進一步調查。 “Atilla-Gokcumen 解釋說：”需要進一步研究，以確保這些替代品在特定應用中真正更安全、更有效。

編譯自/ scitechdaily