- 研究背景 -

全氟烷基和多氟烷基物质（Per- and polyfluoroalkyl substances, PFASs）在全球范围内的广泛使用导致了环境污染的增加，并随后带来了健康风险。

本研究使用高通量测序（RNA-Seq）来探索在斑马鱼早期发育阶段，三种典型的 PFASs 暴露可能引起的潜在毒性。对不同暴露浓度和组别之间的下游生物信息学以及相应的形态学变化情况进行了比较，以提供对 PFASs 诱导鱼类心脏发育毒性机制的新见解。

- 研究亮点 -

◇  Global transcriptomic profiling and bioinformatic analysis were used to predict the potential for cardiotoxicity in zebrafish larvae after exposure to PFASs.

◇  The upregulation of miR-16-5p was predicted to act as an upstream regulator and involved in PFAS-induced pericardial edema.

◇  Morphological and function results confirmed significant cardiotoxicity was observed following PFASs exposure.

◇  The toxicity of PFOA and PFOSA may induce a more severe response relative to PFOS.

- 结果与讨论 -

火山图、维恩图和 UpSetR 图表明了暴露不同种类和不同浓度 PFASs 差异表达基因数量与交集（图 1）。

Fig. 1. A–C: Volcano plot and Venn diagram of DEGs in the PFOA, PFOS, and PFOSA (1 and 10 μg/L) exposure groups, compared to the control (log2FC ≥ 1, Qvalue ≤ 0.001).

本文采用生物信息分析软件 Ingenuity Pathway Analysis（IPA）预测了 PFOA、PFOS 和 PFOSA 暴露影响的经典通路，其中心脏肥大信号是影响最大的通路（图 2A）。

无论 PFASs 的浓度和种类如何，PFASs 的暴露都可能通过改变斑马鱼幼鱼期的心脏形态和功能过程而引起斑马鱼早期发育阶段的心脏毒性；IPA 进一步评估了上游调节因子，结果显示 miR-16-5p 是排名最高的上游调节因子（图 2B），且 miR-16-5p 表达变化可能影响心肌细胞的发生和凋亡以及促进心肌肥大的信号通路，从而导致斑马鱼幼鱼的心脏损伤（图 3）。

Fig. 2. A: Canonical pathways analysis for PFOA, PFOS, and PFOSA exposure. B: Upstream regulators for PFOA, PFOS, and PFOSA exposure.

Fig. 3. Predicted mechanisms through IPA showing how PFOA, PFOS, and PFOSA may lead to cardiac hypertrophy, cardiogenesis, and cell death of cardiomyocytes.

RNA-Seq 的结果和 qRT-PCR 的结果基本一致，表明在 6 个不同组别的 PFASs 暴露后，受上游调节因子 miR-16-5p 影响的大多数基因都出现一定程度的下调。

Fig. 4. Comparison of mRNA expression changes (log2FC) of 14 selected DEGs between qRT-PCR and RNA-seq.

在形态学评估中（图 5），SV-BA 距离和心包面积的显著增加说明 PFASs 可导致斑马鱼幼鱼发育畸形，主要表现为心包水肿。心输出量的变化可能表示心肌损伤或心肌有缺陷，即便心输出量的减少可能在短期内对生存没有影响，但它可能会对心血管系统造成损害，这对非早期发育阶段的氧气循环至关重要。心房利钠肽（ANP）可以在心脏肥大过程中被诱导，它可以作为一种用于临床诊断的心脏肥大标志物，PFASs 暴露能够诱导 ANP 含量的增加，进一步证实心脏毒性的产生。

Fig. 5. Pericardial sac area (A, n = 16), SV-BA distance (B, n = 19), heart rate (C, n = 12), stroke volume (D, n = 6), cardiac output (E, n = 6), and ANP content (F, n = 3) in the control and PFASs-treated zebrafish larvae.

运动行为对环境污染物高度敏感，也被认为与动物健康和生存密切相关；斑马鱼幼鱼接触 PFASs 会导致心包水肿和心输出量减少，可能是导致运动和认知能力下降的原因（图 6）。

Fig. 6. Behavioral alteration induced by PFOA, PFOS, and PFOSA exposure. A: Velocity changes over time, B: Total distance per ten minutes, C: Average swimming velocity D: maximum acceleration, E: total distance, F: frequency of high acceleration, G: Frequency of active, H: Frequency of quiescent.

利用 PCA 主成分分析法将所有心脏毒性数据进行分析，10 μg/L 的 PFOA 和 PFOSA 暴露组比 10 μg/L 的 PFOS 暴露组距离对照组更远，这也表明相对高浓度 PFOA 和 PFOSA 对斑马鱼幼鱼心血管系统的毒性比 PFOS 更严重。

Fig. 7. PCA analysis of all detected endpoints in comparisons of the control with different PFASs exposure groups.

- 总结与展望 -

研究通过 RNA-seq、基因表达、蛋白质水平和行为变化揭示了 PFOA、PFOS 和 PFOSA 暴露后对斑马鱼早期发育阶段的心脏毒性。结果表明，心率、每搏输出量和心输出量的降低伴随着心包面积、SV-BA 距离和 ANP 含量的增加，这说明暴露于 PFOA、PFOS 和 PFOSA 可以通过诱导斑马鱼幼鱼心脏形态学和功能学上的变化引发斑马鱼早期阶段的心脏毒性。

目前市场上存在大量的 PFOA 或者 PFOS 的替代品，其大多没有受到法律法规的约束，这些污染物的污染情况、毒性作用以及对生物的暴露风险的数据还不够全面，需要学者们共同合作并进一步探究，同时为这些污染物的排放标准的制定提供有效的数据支撑。