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Assessment of Fetal Exposure and Elimination of Perfluoroalkyl and Polyfluoroalkyl
Substances: New Evidence from Paired Serum, Placenta, and Meconium Samples

Juan Li -- State Key Laboratory of Environmental Chemistry and Ecotoxicology, Research Center for Eco-Environmental Sciences, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100085, China
Donghui Ma -- State Key Laboratory of Environmental Chemistry and Ecotoxicology, Research Center for Eco-Environmental Sciences, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100085, China
Yawei Wang -- State Key Laboratory of Environmental Chemistry and Ecotoxicology, Research Center for Eco-Environmental Sciences, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100085, China
Institute of Environment and Health, Jianghan University, Wuhan 430056, China
^⊥J.L. and D.M. contributed equally to this work.

//doi.org/10.1021/acs.est.3c08498
Environ. Sci. Technol. 2024, 58, 5, 2260 -2270

ABSTRACT: Multiple pieces of evidence have shown that prenatal exposure to perfluoroalkyl and polyfluoroalkyl substances (PFASs) is closely related to adverse birth outcomes for infants. However, difficult access to human samples limits our understanding of PFASs transport and metabolism across the human placental barrier, as well as the accurate assessment of fetal PFASs exposure. Herein, we assess fetal exposure to 28 PFASs based on paired serum, placenta, and meconium samples. Overall, 21 PFASs were identified first to be exposed to the fetus prenatally and to be metabolized and excreted by the fetus. In meconium samples, 25PFASs were detected, with perfluorooctane sulfonate and perfluorohexane sulfonic acid being the dominant congeners, suggesting the metabolism and excretion of PFASs through meconium. Perfluoroalkyl sulfonic acids might be more easily elimi- nated through the meconium than perfluorinated carboxylic acids. Importantly, based on molecular docking, MRP1, OATP2B1, ASCT1, and P-gp were identified as crucial transporters in the dynamic placental transfer of PFASs between the mother and the fetus. ATSC5p and PubchemFP679 were recognized as critical structural features that affect the metabolism and secretion of PFASs through meconium. With increasing carbon chain length, both the transplacental transfer efficiency and meconium excretion efficiency of PFASs showed a struc- ture-dependent manner. This study reports, for the first time, that meconium, which is a noninvasive and stable biological matrix, can be strong evidence of prenatal PFASs exposure.

研究背景

全氟及多氟烷基化合物（PFASs）具有优良的疏水性、疏油性、稳定性和高表面活性等特点，在工业领域占有一席之 地。然而，研究表明PFASs具有包括肝毒性、神经毒性、内分泌干扰效应在内的多种毒性效应，且其在环境及人体中具有 较长的半衰期，这些特征导致有多种PFASs被列入《斯德哥尔摩公约》，禁止除特定豁免和可接受用途外的生产、流通和 使用。

已有研究表明，PFASs可在孕妇体内累积，且能透过胎盘屏障暴露于胎儿，对胎儿健康造成潜在风险。了解PFASs在 孕妇体内的转移、代谢、消除及其影响因素，对研究PFASs的产前暴露风险具有重要意义。以往的研究主要采用母血、脐 血、胎盘及尿液样品，开展污染物宫内暴露与风险相关研究，然而，人体血液样本的采集具有损伤性，难以获得，加之羊 水样品与尿液样品难以体现污染物长时间的暴露累积情况。这些因素大大限制了对PFASs的母婴传输、代谢与消除的评估 研究，这也在一定程度上影响了人们对PFASs产前暴露风险的准确判断。本研究旨在(1)阐明传统和新型PFASs的产前暴露 特征和经胎盘转移的潜在机制;(2)揭示母体-胎儿单位PFASs的产前代谢和消除规律;(3)重要的是，评估胎粪是否可以作为母 体母体慢性产前暴露与母体-胎儿单位PFASs代谢和消除相关的有效生物基质。

方法与结论

本研究采用了一套综合性的化学分析方法，检测了北极和南极地区海洋食物网中的NBFRs。样本的采集工作在中国北极黄河站和南极长城站周边地区进行，涵盖了多种海洋生物和沉积物。样本的提取和净化过程采用了加速溶剂提取技术，并利用复合 硅胶柱进行净化。最终，通过云顶国际气相色谱三重四极杆质谱联用仪GCMS-TQ8050对NBFRs进行了高灵敏度和高特异性的定量分析。

28种PFASs在配对母婴样本中的赋存结果如图1，有21种PFASs可在所有配对样品中检出，提示上述PFASs单体可通过胎盘屏障造成胎儿暴露。PFASs在四类生物样本中的总浓度（ΣPFASs）由高到低依次为胎便（8.65 ng/g）＞母血（6.55ng/mL）＞胎盘（4.03 ng/mL）＞脐血（3.93 ng/mL）。胎便中PFASs浓度较高的原因可能是由于整个妊娠期的累积暴露所致。在可检出的传统PFASs中，PFOA、PFOS、PFNA和PFHxS是最重要的几种污染物；而在新型PFASs中，以4:2FTS、6:2 FTS、F53B等检出率较高。

图1 （a）四种配对基质中ΣPFASs的浓度水平；（b）四种配对基质中各PFASs的污染组成占比

图2 PFASs的母血—脐血（TMS-CS）、母血—胎盘 （TMS-P）、胎盘—脐血（TP-CS）的转移效率

进 一 步， 本 研 究 对检 出 率 大于 5 0% 的 P F A S s 进 行 了 母 血— 脐 血 （TMS-CS）、母血—胎盘（TMS-P）、胎盘—脐血（TP-CS）的转移效率 （transplacental transfer efficiency，TTE）评估。结果表明，随着碳链长 度从5 C增加至14 C，PFCAs的TMC-CS呈现U型变化趋势，而PFSAs却呈现出 倒U型的变化趋势，这说明PFASs从母体血液传递至胎儿血液过程存在结构依 赖性转移。与此同时，本研究发现PFASs的TMS-P和TP-CS具有一定的“镜像关 系”。上述结果表明，PFASs的母婴传播是一个复杂的过程，受到母体和胎儿 共同的影响。

图3 PFASs的TCS-M值

脐血—胎便（TCS-M）转移效率在一定程度上可用于评估胎儿在子宫内消除 PFASs的能力。TCS-M＞1的PFASs表明其可以经过胎便排泄。针对于本研究涉及到的PFASs，云顶国际可以观察到除F53B外，其余PFASs的TCS-M随碳链增加呈现U型趋势（图3），这表明PFASs的TCS-M存在一定结构依赖性。其中，大部分PFSAs 的TCS-M大于1，而只有短链PFCAs大于1。上述结果说明相较于PFCAs，PFSAs可能更容易经胎便消除。值得关注的是，两个典型的单体PFOA和PFOS的TCS-M分 别为0.14和3.77，暗示这两种化合物通过胎儿排泄机制存在差异。同时也提示，宫内暴露于胎儿的PFOA难以经胎便消除。

总结与讨论

本研究发现21种PFASs能够跨过胎盘屏障暴露于胎儿，且能够经由胎便排泄。其中，全氟磺酸比全氟羧酸更容易通过胎便消除。观察到随着碳链长度的增加，PFASs的胎盘转移效率和胎粪排泄效率均表现出结构依赖性。揭示了PFASs跨胎盘传输的关键转运蛋白及其关键分子结构特征。本研究首次指出胎便可以作为评估PFASs产前暴露的有效生物基质。这对 PFASs在母婴体内的代谢和消除有了新的认识，同时为选择合适的生物基质来评估PFASs的产前暴露提供了新的视角。