基于代谢组学与转录组学探讨PFHxA致肝毒性的作用机理

Perfluorohexanoic acid (PFHxA) is a 6-carbon-chain perfluoroalkyl acids (PFAAs) that can be used as a substitute for long-chain PFAAs such as perfluorooctane sulfate (PFOS), because of its low bioconcentration capacity. Nevertheless, its ongoing production and the properties of highly persistence, highly mobility may lead to continuous exposures and adverse effects in wildlife and humans. The liver is the main organ responsible for many toxic substances. Previous studies have been reported the potential liver toxicity of PFHxA, but the exact mechanism is not completely understood. Therefore, this project aims to discover the specific biomarkers in liver injuried mice induced by the exposure to PFHxA and to illustrate the mechanism of toxicity. The main researches include: (1) to characterize the small molecule metabolites in serum and livers of mice using metabolomics analysis so as to find the sensitive biomarkers at the early stage of liver toxicity; (2) To identify differentially expressed genes associated with liver toxicity and to reveal the mechanism of toxicity induced by PFHxA, using integrated analysis of transcriptomics and metabolomics. This study is of significance in the early diagnosis of PFHxA-induced liver toxicity and the illustration of toxic mechanism.

全氟己酸（PFHxA）是一种含有六个碳原子的全氟烷酸类化合物，具有较低的生物蓄积性，被用来替代PFOS等长链全氟烷酸类化合物的使用。然而，PFHxA的持续排放及其高持久性、高流动性增加了其对野生生物及人类的毒性作用风险。肝脏是许多毒性物质的靶器官，目前已有研究表明了PFHxA的潜在肝脏毒性，但是确切的机制尚不完全清楚。因此，本项目拟结合代谢组学及转录组学技术开展PFHxA暴露下小鼠特异性标志物的发现并解释其可能的致毒机理。研究内容包括：（1）利用代谢组学的分析方法，阐明PFHxA暴露对小鼠血清和肝脏整体代谢谱的影响，发现PFHxA致肝毒性的高敏感性标志物；（2）通过转录组测序技术，对PFHxA暴露后小鼠肝脏的差异表达基因进行鉴定，并与代谢组学结果联合分析，进一步筛选与肝毒性密切相关的代谢紊乱信息并阐释其致毒机理。本研究对于PFHxA可能导致肝损伤的早期预警以及作用机制的阐述具有重要意义。

全氟己酸（PFHxA）是一个典型的被用作替代PFOS等长链全氟烷酸类化合物的短链类似物。然而，PFHxA同样具有持久性及高流动性，增加了其对野生生物甚至人类的毒性作用风险。目前关于PFHxA的毒性作用研究较少，肝脏是PFHxA的主要靶器官之一，当前关于PFHxA肝毒性的作用机理尚不明确。本项目以小鼠为模型，基于多组学技术，探讨PFHxA引起肝毒性的作用机理。本项目的主要研究内容、成果等展示如下：.1、建立PFHxA致肝毒性的小鼠模型。结果显示PFHxA能引起小鼠肝脏的肿胀，病理分析结果也表明PFHxA暴露后小鼠肝脏出现炎症细胞浸润及细胞变性坏死。.2、采用LC-MS技术对肝脏及血液进行非靶向代谢组学分析。肝脏及血液的PLSDA（Partial least squares-discrimination analysis）结果显示给药组及空白组均能实现较好的分离。通路分析的结果显示嘌呤代谢和谷胱甘肽代谢在PFHxA致肝损伤过程中发挥了重要作用，这两个代谢过程产生氧化应激可能是PFHxA导致肝损伤的原因之一。.3、利用RNA测序技术对PFHxA暴露前后的小鼠肝脏样本进行转录组学研究。结果显示，PFHxA暴露后，566个转录本发生显著变化。GO（Gene Ontology）及KEGG（Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes）分析显示脂肪酸代谢相关途径是受PFHxA暴露影响最深的代谢通路，包括脂肪酸合成，脂肪酸降解，不饱和脂肪酸合成以及PPAR（Peroxisome Proliferator-activated Receptor）信号通路等等。此结果表明，脂肪酸代谢在PFHxA导致的肝损伤过程中发挥关键作用。.4、基于iTRAQ（Isobaric Tags for Relative and Absolute Quantification）技术对PFHxA暴露前后的小鼠肝脏样本进行蛋白组学研究。发现238个蛋白在PFHxA暴露后发生显著变化。差异蛋白的功能注释结果同样显示脂肪酸代谢，脂肪酸降解，PPAR以及过氧化物酶体信号通路在PFHxA致肝损伤过程中发挥重要作用。.综上所述，本项目基于代谢组学，转录组学以及蛋白组学等多组学技术联合分析，阐述了PFHxA致肝损伤的作用机理。为PFHxA及其他污染物毒性评价提供指导。