文章标题：Mechanistic Insights into Perfluoroalkyl Substance-Induced Thyroid Hormone Disruption during Pregnancy：Evidence from Metabolomic Mediation Analysis
发表期刊：Environmental Science & Technology
影响因子：11.3
研究背景
孕期甲状腺稳态失衡与早产、子痫前期、胎儿神经发育受损等不良母婴结局密切相关。全氟和多氟烷基物质(PFAS)是环境中广泛存在的持久性有机污染物，被证实具有潜在甲状腺干扰毒性，但其对孕期甲状腺功能的影响，尤其是新型PFAS的健康风险与作用机制仍缺乏系统的流行病学证据。
本研究基于浙江省碘营养出生队列(INBC)，纳入540名孕妇孕早期、孕晚期双时点纵向血清样本，检测21种PFAS（含新型PFAS与传统PFAS）、血清非靶标代谢组及6项核心甲状腺功能指标；通过整合全代谢组关联分析(MWAS)、中间相遇法(MITM)以及多维度因果中介分析，系统解析了PFAS暴露扰乱孕期甲状腺功能的分子机制，首次揭示类固醇激素生物合成干扰、线粒体功能障碍、氧化应激三大核心干扰机制。同时发现，新型PFAS(PFO5DoDA、C9 HFPO-TA、6:2 Cl-PFESA)对甲状腺功能的代谢介导效应与传统PFOA、PFOS持平甚至更强，提示这类替代化学品具备更高的甲状腺内分泌干扰风险。研究为PFAS健康危害防控提供了全新机制见解与潜在生物标志物，也为孕期环境污染物暴露的针对性干预提供关键科学依据。
研究结果
01.研究人群基线特征与孕期甲状腺功能指标水平变化
本研究从浙江省碘营养出生队列中筛选540名同时留存孕早期、孕晚期配对血清样本的孕妇，依托原文研究数据并结合表1基线与甲状腺功能指标检测结果整理：受试孕妇平均年龄29.9±3.96岁，孕前身体质量指数(BMI)21.6±3.25 kg/m²，约75%人群具备大专及以上学历。促甲状腺激素(TSH)、游离三碘甲状腺原氨酸(FT3)、游离甲状腺素(FT4)、总三碘甲状腺原氨酸(T3)、总甲状腺素(T4)孕早期/孕晚期检测值分别为1.42/2.11 mIU/L、5.24/4.22 pmol/L、19.6/14.3 pmol/L、2.47/2.60 nmol/L、153/141 nmol/L，不同孕周指标对比差异均具有统计学意义，明确孕期甲状腺功能指标生理性波动特点。
研究共计检测包含新型、传统两大类在内的21种全氟和多氟烷基物质(PFAS)，多数目标PFAS在受试样本中检出率超过80%；依据样本检出率≥80%的筛选标准，最终纳入12种PFAS开展后续关联分析。根据研究附图数据，全氟辛酸(PFOA)、全氟辛烷磺酸(PFOS)是受试孕妇体内主要暴露污染物，二者血清浓度合计占PFAS总浓度64%。仅C9 HFPO-TA孕早期与孕晚期血清浓度无统计学差异，PFDoDA及其余PFAS孕晚期血清浓度均显著低于孕早期；全氟甲氧基乙酸(PFMOAA)两孕周浓度相关性偏弱，剩余PFAS前后两次检测数值高度相关，据此梳理出妊娠期PFAS整体暴露水平及动态变化规律。
采用线性混合效应模型探究PFAS与甲状腺功能指标的关联关系：多数PFAS与甲状腺功能指标呈负相关，C9 HFPO-TA、PFO5DoDA、全氟壬酸(PFNA)、全氟庚烷磺酸(PFHpS)的关联结果具有统计学意义。PFHpS对数浓度升高与TSH呈显著负相关，回归系数为-17.5(95% CI：−26.3~−7.69)，TSH随PFHpS升高明显降低。C9 HFPO-TA可显著降低FT3、FT4、T3、T4四种甲状腺激素水平；在T4/T3比值（表征T4 向T3转化效率）指标上，C9 HFPO-TA、PFO5DoDA 的抑制效应强于PFOA、PFOS等传统PFAS，证实新型PFAS暴露会干扰孕妇甲状腺功能。
表1.参与者特征及PFAS暴露水平(n=540)
02.整合全代谢组关联分析与MITM策略筛选PFAS-甲状腺功能关联的关键代谢物
2.1 血清代谢组检测与代谢特征质控筛选
研究人员采用四种检测模式完成孕妇血清非靶标代谢组检测，基于检出率≥80%、假阳性峰排除、源内裂解(ISF)特征去除、方差阈值≥0.05的标准对代谢特征进行严格过滤，最终保留2222个差异代谢物用于后续全代谢组关联分析(MWAS)，分析流程见图1A。结果显示，多模式检测方法可广泛覆盖血清中的亲水性与疏水性化合物，为后续关联分析提供了高质量的代谢特征数据集。
2.2 PFAS暴露相关的血清代谢特征MWAS分析
基于孕早期与孕晚期的样本数据，研究人员开展PFAS暴露与代谢特征的MWAS分析（图1B）。结果显示，经FDR校正p值后，单个PFAS关联的代谢特征数量为43-446个，12种目标PFAS分别对应147、17、208、179、210、110、140、123、110、252、169、68 个交集重叠代谢物（FDR校正p<0.05）；总计有758个独特代谢物与至少一种PFAS呈显著关联，其中666个仅与PFAS相关、92个同时关联PFAS和甲状腺指标，明确了PFAS暴露相关的血清代谢扰动谱。研究人员进一步筛选甲状腺功能指标相关的代谢特征，整合GLM与LASSO筛选结果，共得到316个独特代谢特征用于甲状腺结局的全代谢组关联分析。
2.3 MITM策略筛选PFAS-甲状腺功能关联的关键代谢物
研究人员使用MITM策略，对PFAS相关与甲状腺功能相关的代谢特征取交集。结果显示（图1B-C），92个关键代谢物涵盖酰基肉碱、氨基酸及其衍生物、脂肪酸及其衍生物、磷脂酰胆碱等12个生化类别；关联网络分析显示，PFAS与二肽、脂肪酸及其衍生物、磷脂酰胆碱类代谢物以正相关为主，代谢物与甲状腺结局的关联呈正负均衡分布，通路富集分析显示这些代谢物显著富集于类固醇激素生物合成、卟啉代谢、赖氨酸降解等甲状腺激素调控相关通路。
图1.与PFAS暴露及甲状腺功能相关的关键代谢特征筛选流程及结果
03.关键代谢物在PFAS暴露与甲状腺激素水平关联中的介导效应分析
研究人员对92个关键代谢物开展因果中介分析，评估其在PFAS暴露与甲状腺激素改变间的介导效应（图2）。结果显示介导代谢物主要富集于二肽类、酮酸及其衍生物、磷脂酰胆碱类（图2A）；其中PFO5DoDA、PFNA、PFHpS、PFOS关联的显著介导代谢物数量最多，主要作用于TSH、FT3、FT4（图2B）；不同甲状腺指标对应的介导代谢物谱存在明显区别（图2C），共有16个代谢物可在超半数PFAS-甲功配对中发挥显著介导作用，同型水苏碱(M75)介导占比达83%。多种PFAS可依托相同中间代谢物发挥内分泌干扰作用，如PFO5DoDA与PFOA可通过重叠代谢物共同介导TSH变化（图2E）。
图2.孕期PFAS暴露影响母体甲状腺功能相关代谢中介物的多维度特征解析
研究人员进一步开展通路水平高维中介分析（图3），共筛选得到9条显著介导通路，类固醇激素生物合成、精氨酸和脯氨酸代谢、卟啉代谢为最主要通路。除PFMOAA外，卟啉代谢在其余PFAS与甲状腺指标的关联中普遍存在显著介导作用，胆红素是该通路最关键贡献代谢物。类固醇激素生物合成通路对新型PFAS表现为显著负向介导，效应区间−0.007~−0.001，核心介导物质为皮质醇、硫酸表雄酮(M52)；6:2 Cl-PFESA、PFHpS经多通路产生的间接效应，高于自身直接效应及其余多数PFAS的通路介导效应。综合通路结果，PFAS主要通过干扰类固醇激素生物合成、诱发线粒体功能障碍、激活氧化应激三条途径破坏母体甲状腺稳态（图4）。
图3.母体血清PFAS、代谢通路、代谢物与甲状腺功能指标间的相互关系(n=1080)
图4.基于中介分析提出孕期PFAS经代谢扰动诱发甲状腺功能紊乱的分子作用机制
04.敏感性分析验证结果稳健性
研究人员采用基于模型的多重插补法，进一步验证了评估单个PFAS暴露与甲状腺结局关联的混合效应模型的稳健性。与主要分析中采用的LOQ/2插补法结果一致，验证分析显示C9 HFPO-TA与FT4、T3、T4水平降低显著相关，PFHpS与TSH水平的关联最强，更高的PFO5DoDA浓度与更低的T4/T3比值显著相关。此外，即使按胎儿性别进行分层分析，新型PFAS浓度与甲状腺结局的关联仍保持统计学显著性，上述重复性验证分析进一步证实了本研究结果的稳健性。
研究总结
该研究从代谢紊乱角度解析PFAS致甲状腺损伤机制，证实PFAS暴露（尤其是C9 HFPO-TA和PFO5DoDA）可造成妊娠期女性FT3、FT4、T3、T4水平下降，阻碍T4向活性T3转化；中介分析表明皮质醇、胆红素、左旋肉碱及脂肪酸衍生物为关键中间代谢物。研究明确PFAS主要通过干扰类固醇激素生物合成、诱导线粒体功能障碍、诱发氧化应激三条途径产生甲状腺内分泌毒性。上述关键代谢因子可作为PFAS内分泌损伤的潜在生物标志物，同时凸显了联合代谢组学与中介分析，解析环境污染物、代谢物和健康结局复杂关联的重要研究价值。
