在我们每天呼吸的空气中，除了氧气和氮气，还可能漂浮着一类被称为“永久化学品”的物质——全氟和多氟烷基物质（PFAS）。这类物质因其极强的化学稳定性、环境持久性和潜在的生物累积性而备受关注。其中，氟调醇（Fluorotelomer alcohols, FTOHs）作为PFAS的重要挥发性前体，能够通过长距离大气传输进入环境，并通过呼吸、饮食等多种途径进入人体。尽管已有研究揭示了FTOHs可能带来的神经毒性、肝毒性等长期健康风险，但一个关键问题仍未得到清晰解答：当这些物质随着呼吸进入我们的肺部——这个连接外部环境与内部循环系统的首要关口——会发生什么？它们是否会与我们肺部用于维持正常呼吸功能的“卫士”——肺表面活性物质（Pulmonary surfactant, PS）发生相互作用？这种相互作用又会产生怎样的健康后果？尤其令人关注的是，FTOHs本身具有表面活性，这是否会成为其干扰肺功能的关键？此外，吸入的FTOHs是否会在肺内发生转化，生成其他可能毒性更强的物质？这些问题构成了当前评估FTOHs呼吸暴露风险的重要知识空白。
为解答这些问题，一项题为《吸入性6:2 FTOH的未被认识危害：肺部转化与肺表面活性物质界面毒性》的研究在《Environment International》上发表。该研究聚焦于环境中广泛分布且具吸入性的6:2 FTOH，首次系统探究了其与PS的相互作用、对PS生物物理功能的影响，及其在模拟肺环境中的转化命运，揭示了吸入性FTOHs此前未被充分认识的肺部危害。
研究人员综合运用了多项关键技术与方法。研究核心是使用从猪支气管肺泡灌洗液中提取的天然PS，因其生物物理和生化特性与人类PS高度相似。主要技术包括：1） 利用Langmuir膜天平测定π–A等温线和π–T等温线，评估6:2 FTOH对PS降低表面张力、膜稳定性（可压缩性模量Cs-1）等生物物理功能的影响，并通过差示扫描量热法（DSC）分析相变行为。2） 借助布鲁斯特角显微镜（BAM）和原子力显微镜（AFM）对气-液界面的PS单层膜进行原位形貌观察和分子空间分布成像，直观揭示相互作用机制。3） 通过紫外-可见分光光度法测定PS中脂质、蛋白质含量以及脂质过氧化产物丙二醛（MDA）、蛋白质羰基化水平，评估氧化损伤；利用傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析蛋白质二级结构变化。4） 利用特异性探针在模拟肺液中检测6:2 FTOH诱导产生的活性氧（ROS），包括超氧阴离子（O2∙-）、羟基自由基（∙OH）和过氧化氢（H2O2）。5） 结合核磁共振（19F NMR）和气相色谱-质谱联用（GC-MS）技术，鉴定6:2 FTOH在PS存在下的转化产物，并推测其可能的转化途径。
3.1. 6:2 FTOH对PS生物物理功能的影响
研究人员通过连续压缩-扩张循环（π–A等温线循环）评估6:2 FTOH的影响。结果显示，与纯PS相比，暴露于6:2 FTOH后，PS膜的相变过程（从气相到液相扩张）提前发生，在相同表面积下表面压力升高，最大表面压力从59 mN/m增至71 mN/m。表面张力测量也证实，6:2 FTOH增强了PS降低表面张力的能力。然而，这种改变可能抑制了PS膜的呼吸顺应性。一次性的π–A压缩等温线显示，随着6:2 FTOH浓度增加，等温线向更大的分子面积方向移动，表明分子排列变得松散。在低表面压区域（区域I），低浓度6:2 FTOH降低了膜的压缩性模量（Cs-1，即刚性），而高浓度时则增加了刚性；在高表面压区域（区域III），Cs-1普遍降低，使膜更易被压缩。这些变化意味着PS调节肺泡弹性的功能受损。π–T等温线实验表明，随着时间的推移，暴露于6:2 FTOH的PS表面压力值下降，提示6:2 FTOH可能与PS活性成分相互作用。DSC结果进一步揭示，6:2 FTOH使PS的相变温度从8.05°C降至0.49°C，相变焓的绝对值（|ΔH|）从323.5 J/g急剧降至1.36 J/g，表明6:2 FTOH削弱了脂质分子间作用力，改变了分子排列与堆积密度。此外，6:2 FTOH还显著抑制了PS的起泡性能，这可能与其和PS中的活性蛋白质成分相互作用有关。
3.2. 6:2 FTOH对PS单层膜形态和分子分布的影响
通过BAM和AFM观察发现，纯PS在气-水界面形成有序的结构域，而6:2 FTOH自身可形成规则的多边形结构。当PS暴露于6:2 FTOH后，单层膜呈现不规则形状和相分离区域。AFM三维图像提供了更直观的证据：纯PS单层膜呈现具有相分离的构象，含有微米尺度的固态倾斜凝聚（TC）域。随着表面压力增加，这些微区尺寸先增大后合并。而暴露于6:2 FTOH后，PS膜表面均一性增加，膜增厚，在较低表面压下TC域高度可达3 nm。在高压下（42 mN/m），PS单层膜中出现了多层突起。相图分析表明，两种表面活性剂发生了微相分离，6:2 FTOH填充了PS结构的间隙，使整体膜呈现均质形态，同时平滑了PS结构域的边界。其机制在于氟碳链与碳氢链之间的不相容性，导致6:2 FTOH嵌入PS分子间隙，促进了PS分子的有序化并形成相分离域，从而改变了PS的相行为和功能。
3.3. PS成分氧化损伤分析
PS成分的氧化是其表面张力降低功能失调的机制之一。研究发现，随着6:2 FTOH的加入，PS的脂质含量下降，而脂质过氧化产物MDA含量上升。1H NMR谱图显示，(CH2)基团的信号峰变窄且强度降低，表明脂质链流动性增强，同时末端(CH3)基团信号显著减弱，证实6:2 FTOH的疏水氟碳链优先插入脂质疏水区，破坏了脂质链的紧密堆积。这导致脂质含量减少并促进过氧化，可能是表面压力随时间下降的原因。另一方面，PS的蛋白质含量也随6:2 FTOH暴露而减少，与之相伴的是蛋白质羰基化水平升高。FTIR分析显示，6:2 FTOH降低了蛋白质中β-折叠的比例，增加了无序卷曲，从而削弱了二级结构的稳定性。荧光光谱也证实6:2 FTOH与蛋白质中的疏水氨基酸结合，改变了荧光团微环境。这些结果共同表明，吸入的6:2 FTOH可通过与PS脂蛋白成分结合诱导氧化损伤，减少活性成分含量，损害正常呼吸所需的表面活性功能。
3.4. ROS测定与6:2 FTOH转化产物鉴定
在含PS的模拟肺液中，6:2 FTOH诱导的ROS（O2∙-、∙OH、H2O2）生成具有时间依赖性。剂量反应实验显示，H2O2水平随6:2 FTOH浓度增加而升高，而O2∙-和∙OH的水平却在高浓度下下降。添加抗氧化剂N-乙酰半胱氨酸（NAC）可显著降低系统中的O2∙-和MDA水平，证实ROS是6:2 FTOH诱导氧化损伤的关键介质。而高浓度下自由基水平的降低，提示其可能被快速消耗以驱动后续氧化转化。19F NMR分析发现，与PS共孵育后，6:2 FTOH末端–CF3和[–CF2]a共振峰发生显著化学位移且强度减弱，表明游离的6:2 FTOH减少，可能形成了其他氟化产物。GC-MS定量分析进一步证实，在PS存在下，6:2 FTOH浓度显著下降，而加入O2∙-和∙OH淬灭剂后，其残留浓度有所变化，暗示自由基参与了转化过程。
通过GC-MS，研究人员在含PS的模拟肺液中鉴定出多种6:2 FTOH相关的氟化转化产物，包括(全氟丁基)乙烯、1H,1H,2H-全氟-1-辛烯以及一种长链氟化丙烯酸酯。这些产物的发现，与微生物转化FTOHs的途径部分吻合，也提示了6:2 FTOH可能与PS系统中的活性化合物结合生成共轭产物。值得注意的是，在同等剂量下，这些转化产物诱导产生MDA的能力强于6:2 FTOH本身，表明其可能具有更强的氧化应激潜力。基于鉴定到的产物和已有文献，研究提出了6:2 FTOH在PS模拟肺液中可能的转化途径，主要包括氧化、脱氟、脱羧生成烯烃，以及通过亲水链断裂与PS疏水域结合或聚合生成长链转化产物两条路径。
本研究得出结论，6:2 FTOH的表面活性是其肺部危害的关键决定因素，揭示了PFAS化合物固有理化性质与其肺毒性之间此前被忽视的直接因果联系。6:2 FTOH的两亲性分子结构使其能够稳定地滞留于气-液界面，并嵌入PS单层膜结构中。与主要通过非特异性分布进入膜层的挥发性有机物或通过沉积覆盖抑制功能的颗粒物不同，6:2 FTOH通过共同参与表面张力调节，从内部干扰PS降低表面张力和控制相变的核心功能，损害呼吸顺应性和生物物理特性，其毒性机制从传统的竞争性置换演变为嵌入式干扰。
更为重要的是，该研究首次提供了6:2 FTOH在肺内发生原位转化的实验证据。研究表明，在PS存在的模拟肺环境中，6:2 FTOH能够发生转化，生成多种新型氟化产物，并且这些转化产物可能比母体化合物具有更强的诱导氧化应激的潜力。这一发现将“空气污染”（吸入的FTOHs前体）与“人体负荷”（在血清中检测到的PFAS）之间的关键缺失环节联系了起来，强调了作为PFAS前体的FTOHs可能带来超越其自身特性的健康风险。
该研究不仅在机制上深化了对表面活性污染物肺毒性作用的理解，也为全面评估吸入性PFAS前体及其他表面活性污染物的健康风险提供了新的视角和重要的数据支持。尽管所使用的猪源PS模型与人类高度相似，但未来研究需要结合更完整的免疫系统和抗氧化体系，以进行更贴近真实暴露情景的健康风险评估。同时，对转化产物的精确鉴定、定量及其毒性贡献的深入探索，以及非表面活性PFAS前体对肺功能的影响，将是未来需要重点关注的科研方向。这项工作拓宽了我们对“永久化学品”呼吸暴露风险的认识边界，对相关环境标准的制定和公共卫生政策的完善具有积极的科学意义。
