HFPO-DA与HFPO-TA对大型溞（Daphnia magna）的急性和慢性毒理学效应的比较研究：对存活率、生长、繁殖及抗氧化防御机制的探讨

《Aquatic Toxicology》：A comparative study of acute and chronic toxicological effects of HFPO-DA and HFPO-TA on Daphnia magna: Insights into survival, growth, reproduction and antioxidant defense

全氟化合物替代品HFPO-DA和HFPO-TA对水蚤的急性与慢性毒性及抗氧化防御系统影响研究。摘要：通过评估两种全氟化合物在Daphnia magna中的急性毒性、个体发育、繁殖及抗氧化防御，发现HFPO-TA急性毒性更强且更显著破坏抗氧化系统，HFPO-DA则影响能量代谢。分子机制表明两者通过EcR/USP和VTG通路干扰发育与繁殖，PCA分析揭示HFPO-TA促进终期生殖投资。两种替代品均存在生态风险。

　　

王一凡|庄子怡|李广进|李一婷|张志云|胡凤晓

福建省海洋生物技术重点实验室，福建农林大学海洋科学学院，中国福州350002

摘要

鉴于对全氟辛酸（PFOA）潜在危害的担忧，工业替代品六氟丙烯氧化物二聚酸（HFPO-DA）和三聚酸（HFPO-TA）的使用日益增加，并且经常在环境中被检测到。然而，对其毒性的系统比较评估，尤其是在水生无脊椎动物中的毒性评估，仍然缺乏。因此，本研究评估并比较了HFPO-DA和HFPO-TA对大型溞（Daphnia magna）的急性和慢性毒性作用，包括生存、发育、繁殖和抗氧化防御能力。结果表明，HFPO-TA的急性毒性明显高于HFPO-DA。在个体发育方面，HFPO-DA显著增加了心率，而两种HFPO都延长了蜕皮时间。在繁殖毒性方面，HFPO-DA最初促进了繁殖过程，但随后抑制了这一过程；低至中等浓度的HFPO-DA显著抑制了繁殖，尽管高浓度下繁殖指数与对照组没有显著差异。激素水平和基因表达谱的变化，结合分子对接预测（表明可能与蜕皮激素受体（EcR）/气门超敏蛋白（USP）和卵黄蛋白（VTG）相互作用），为HFPO-DA和HFPO-TA在大型溞中的不同毒性特征提供了支持证据。两种HFPO都导致了氧化损伤，IBRv2指数显示HFPO-DA对抗氧化防御系统的干扰更为显著。根据主成分分析（PCA），推测HFPO-DA在急性暴露下诱导能量保存以维持生存，而HFPO-DA可能在慢性压力下促进最终繁殖投入。总体而言，这些发现表明HFPO-DA和HFPO-TA可能不是PFOA的安全替代品，HFPO-DA对水生生态系统构成更大的生态风险。

引言

全氟辛酸（PFOA）及相关的全氟化合物因其出色的疏油性和疏水性以及高化学抗性，在化工行业和日常生活中被广泛使用（Domingo, 2012; Post et al., 2012; Gebreab et al., 2020; Xie et al., 2023）。然而，越来越多的证据表明PFOA会引起多种毒性反应，包括免疫毒性、甲状腺功能障碍、肝毒性和生殖毒性，引发了公众的关注（Guo et al., 2019; Wang et al., 2020; Yu et al., 2021; Zhang et al., 2021; Adedara et al., 2022）。因此，联合国环境规划署（UNEP）于2019年将PFOA列入《斯德哥尔摩公约》，以禁止和控制这种长链全氟烷基化合物的使用（Baabish et al., 2021）。

最近，全球制造商开始转向使用较短链的同类物质或其他类型的氟化化学品来替代长链氟碳化合物（Babu et al., 2022）。因此，六氟丙烯氧化物二聚酸（HFPO-DA）和六氟丙烯氧化物三聚酸（HFPO-TA）被开发为PFOA的主要替代品（Heydebreck et al., 2015; Li et al., 2019）。由于这些物质的广泛应用，它们越来越多地排放到环境中，值得注意的是，它们在水生环境和生物体内的持久性与PFOA相当（Wang et al., 2019）。多项研究表明，HFPOs对动物表现出多种毒性作用，这些作用与PFOA相似甚至更严重（Xin et al., 2019; Ding et al., 2022）。HFPO-DA主要引起肝毒性、脂肪酸代谢紊乱和细胞凋亡（Li et al., 2019; Murase et al., 2025），而HFPO-TA则与肝脏损伤、线粒体功能障碍和神经毒性相关（Sheng et al., 2018; Zhang et al., 2023）。在蚯蚓中，HFPO-DA引发了神经毒性和繁殖障碍（Wu et al., 2025）。关于水生生物，大多数相关研究是在模式生物斑马鱼上进行的。例如，HFPO-DA和HFPO-TA的暴露会导致斑马鱼氧化损伤、炎症、细胞凋亡和脂质代谢紊乱（Wang et al., 2023b, 2025）。此外，低浓度的HFPO-DA和HFPO-TA对斑马鱼的氧化损伤较小，而高浓度时这种影响变得相当（Wang et al., 2023a, 2023b）。然而，关于HFPOs对水生无脊椎动物毒性的比较信息仍然很少。

枝角类动物在淡水生态系统的物质循环和能量流动中起着重要作用。作为枝角类的关键代表，大型溞（Daphnia magna）是许多鱼类和其他水生动物的重要食物来源，在维持物种多样性和生态系统稳定性方面发挥着关键作用（LeBlanc, 2007; Agatz and Brown, 2013）。由于其孤雌生殖、短生命周期、广泛分布、稳定的基因型、易于实验室培养以及对污染物的高敏感性，它被广泛用作评估农药（Eghbalinejad et al., 2024）、重金属（López-Cabeza et al., 2024）、药物（O’Rourke et al., 2023）和纳米颗粒（Liu et al., 2022）环境风险的模型生物（Heckmann et al., 2008）。本研究旨在探讨环境相关浓度的HFPO-DA和HFPO-TA对大型溞的急性和慢性暴露效应。为此，评估了多个参数，如急性致死性、个体生长、氧化应激、激素紊乱和基因转录变化。这项研究将为了解这些PFOA替代品在水生环境中的生态风险提供重要见解。

实验方法

化学物质和试剂

HFPO-DA（纯度97%，CAS 13252-13-6）和HFPO-TA（纯度98%，CAS 13252-14-7）均从Macklin Biochemical Co., Ltd.（中国上海）购买。二甲基亚砜（DMSO）购自Sigma-Aldrich（美国密苏里州圣路易斯）。2′-7′-二氯二氢荧光素二乙酸酯（H₂DCFDA）也从Macklin Biochemical Co., Ltd.（中国上海）购买。

实验生物

D. magna最初来自厦门大学海洋与地球科学学院，并根据OECD标准在M4培养基中培养

急性毒性

根据剂量-反应曲线，HFPO-DA和HFPO-TA在大型溞（D. magna）中表现出不同的急性毒性特征（图1）。在HFPO-DA作用下，死亡率随浓度增加而逐渐升高，显示出典型的剂量依赖性（图1A和B）。这种模式表明，其毒性可能是由于浓度和暴露时间的累积效应所致，这与它们对关键分子靶点（如EcR/USP）的结合亲和力相对较弱一致

结论

我们的研究表明，与HFPO-DA相比，HFPO-DA在大型溞（D. magna）中表现出更高的急性致死性和更强的抗氧化防御系统破坏能力。值得注意的是，在发育毒性方面，HFPO-DA引起了心动过速，而HFPO-TA则导致了蜕皮异常，可能是通过干扰蜕皮激素信号传导级联反应实现的。这一点得到了其与EcR/USP受体复合物强结合亲和力的支持。在繁殖结果方面，HFPO-DA

作者声明

我们声明本手稿是原创的，此前未发表过，也未被其他地方考虑发表。

我们确认所有署名作者都已阅读并批准了该手稿，且没有其他符合作者资格但未列出的人员。我们还确认手稿中作者的排序得到了所有人的认可。

所有作者如下：

王一凡：概念提出、研究设计

未引用的参考文献

Eruslanov和Kusmartsev, 2009; Nadal et al., 2018; Sehonova et al., 2019; Sheng et al., 2018; Song et al., 2018; Soriano et al., 2012

作者贡献声明

王一凡：撰写——初稿、可视化、研究设计、概念提出。庄子怡：方法学、研究设计、概念提出。李广进：验证、研究。李一婷：研究、数据管理。张志云：研究。胡凤晓：撰写——审稿与编辑、监督、资金获取、概念提出。