全氟和多氟烷基類化合物(PFASs)的環(huán)境轉化與分類管控

宋博宇，鄭 哲，呂繼濤，黎 娟*，王亞韡

1. 生態(tài)環(huán)境部對外合作與交流中心，北京 100035

2. 中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心，環(huán)境化學與生態(tài)毒理學國家重點實驗室，北京 100085

全氟和多氟烷基類化合物(per- and polyfluoroalkyl substances, PFASs)是一類以烷基鏈為骨架，氫原子被氟原子部分或全部取代的人工化學物質. 由于C-F 鍵的鍵能極強，導致PFASs 具有很高的穩(wěn)定性.在進入環(huán)境或生物體后，PFASs 可表現(xiàn)出半衰期長、難降解和較強的生物富集特性. 迄今為止，PFASs的生產(chǎn)和使用歷史已長達70 余年. 據(jù)統(tǒng)計，2018 年全球含氟聚合物的產(chǎn)量超過32×10t/a. 預計到2030年，全氟烷基酸的全球累計排放量總計≥4.6×10t.在日常生活中，PFASs 的應用極為廣泛，其應用所覆蓋的范圍主要包括工業(yè)采礦、食品生產(chǎn)及防火泡沫等多個方面. 而在生產(chǎn)、使用以及使用之后的廢物處理過程中，PFASs 也能通過大氣揮發(fā)、干濕沉降、農(nóng)田生物固體殘留、滲濾、徑流等多種途徑釋放到環(huán)境中，且伴隨著不同程度地遷移轉化. 總體而言，PFASs 在環(huán)境介質中的遷移轉化主要有兩種途徑：一種是具有揮發(fā)或半揮發(fā)性的PFASs(一般為前體物)，能夠通過大氣環(huán)流作用進行傳輸，并伴隨一定程度的光降解、熱降解等非生物降解的發(fā)生；另一種是全氟烷基羧酸(PFCAs)和全氟烷基磺酸(PFSAs)等離子型PFASs，由于具有一定的水溶性，因此離子型PFASs 可以通過水循環(huán)系統(tǒng)進行遷移，且部分PFASs 可發(fā)生水解、微生物降解等降解轉化作用. 目前，多種環(huán)境介質(水、氣、土壤等)中可普遍檢出PFASs. 水體中賦存的PFASs 主要包括全氟丁基磺酸(PFBS)、全氟辛基磺酸(PFOS)、全氟辛基羧酸(PFOA)及氯代多氟醚磺酸鹽(F-53B)等短鏈和中長鏈單體；世界各地的飲用水中也可普遍檢出PFOS和PFOA 單體. 其中，除了點源污染附近的水體(賦存濃度可達ng/mL)外，普通地區(qū)飲用水中PFOS 和PFOA 的濃度尚處在較低水平(pg/mL 級). PFASs 在河水中的賦存濃度為0.775～1 060 ng/L，長江上覆水體中PFASs 的平均濃度為52.6 ng/L，而海水中濃度約為0.413～718 ng/L. 海洋及沉積物被認為是PFASs 最終的匯，其中短鏈PFASs 主要存在于水溶相中，而長鏈PFASs 主要富集在表層沉積物及懸浮顆粒物中. 例如，我國東海、黃海及環(huán)渤海海洋沉積物中PFASs 的總濃度為0.21～4.74 ng/g (以干質量計)，且以PFOA、PFOS 及PFNA 等長碳鏈單體為主.大氣中主要賦存的PFASs 單體為FTOHs、8∶2 FTOH及磺酰胺類等前體物，其總濃度為93.6～131 pg/m.另有研究指出，我國沿海城市大氣PM中PFASs的總濃度為23.6～94.5 pg/m，其中PFOA、短鏈PFCAs和PFSAs 檢出率高于長鏈PFCAs. 長期以來，我國土壤中以PFOS 和PFOA 等長碳鏈PFASs 單體為主. 然而近期研究指出，我國居住用地土壤中PFASs 總濃度為244～13 564 pg/g，且表現(xiàn)出短鏈類似物及新型替代物已逐漸成為土壤中主要賦存的PFASs 單體的趨勢，這與我國PFASs 的替代及管控歷程緊密關聯(lián).一般而言，環(huán)境中的PFASs 可以通過呼吸吸入、皮膚接觸、膳食攝入等方式暴露于人體，加上PFASs 在機體內的生物降解轉化十分有限，這導致其最終會對生物和人體產(chǎn)生低劑量、長周期的持續(xù)暴露并可誘發(fā)潛在健康危害. 已有研究顯示，PFASs 在普通人群血液中的賦存濃度為nmol 級別，在職業(yè)工人中為μmol 級別，且其賦存濃度隨時間呈逐年上升趨勢. 毒理學研究結果表明，PFASs 具有肝毒性、神經(jīng)毒性、生殖及發(fā)育毒性、內分泌干擾活性和疑似致癌性. 流行病學研究則指出，PFASs 暴露與人體多種不良健康結局緊密關聯(lián). 例如，男性青年人群血清中睪酮水平與PFOS 濃度呈負相關；PFASs 暴露可以造成生育適齡男性精液質量下降，并可進一步造成不孕不育癥的發(fā)生. 更為重要的是，PFASs 對生理敏感人群也具有潛在健康風險. 其中，PFASs 可通過胎盤屏障對胎兒造成產(chǎn)前宮內暴露，并且是干擾兒童性早熟的潛在污染物；而低劑量PFASs 暴露亦可對早期生命肺部健康產(chǎn)生不利影響. 鑒于PFASs的多種毒性危害，其暴露所引發(fā)的生態(tài)環(huán)境風險和人體健康風險已引起人們的高度關注. 因此，亟待開展積極有效的應對措施，以將PFASs 暴露的生態(tài)環(huán)境和人體健康風險的潛在危害降到最低.

事實上，各國學者一直努力針對PFASs 的生產(chǎn)、使用、排放行為等過程的生態(tài)風險開展追蹤調查，并在水生和陸生物種中PFASs 的生物積累、代謝行為等方面開展大規(guī)模的研究工作. 然而，在很大程度上，PFASs(特別是新型替代PFASs)暴露所致的生態(tài)和人類的不良健康結果仍不清楚. 關鍵原因在于PFASs數(shù)量繁多，許多PFASs 替代化合物的生產(chǎn)工藝、副產(chǎn)品和工業(yè)應用具有一定的商業(yè)機密性質；同時，它們在環(huán)境和生物體中發(fā)生復雜多樣的生物及非生物降解轉化作用，導致現(xiàn)有PFASs 的污染賦存、行為特征及毒性效應識別等研究難以匹配PFASs 替代物的開發(fā)使用. 雖然PFCAs 和PFSAs 等傳統(tǒng)的PFASs 對健康產(chǎn)生影響已較為明確，但針對于新型PFASs 的污染特征研究十分有限，許多新型的PFASs 甚至缺乏明確的化學結構，其毒性終點更是不得而知. Evich等在雜志上發(fā)表綜述文章，指出當前的首要任務仍然是了解PFASs 的行為趨勢，并加強與全球監(jiān)管機構和工業(yè)界的合作，以制定有效的PFASs環(huán)境暴露緩解戰(zhàn)略. 而在我國“十四五”新污染物治理目標的牽引下，PFASs 作為新污染物的典型代表，已被我國生態(tài)環(huán)境部納入典型污染物研究與管理的范疇. 目前，關于PFASs 的環(huán)境賦存、環(huán)境暴露、健康風險評估以及針對PFASs 全生命周期開展相應的管控工作尤為緊迫. 然而，鑒于目前PFASs 在多個領域的不可或缺性，加快PFASs 的淘汰進程勢必會對社會和經(jīng)濟產(chǎn)生較大影響. 在該背景下，PFASs 的淘汰必然是一個漫長的過程. 該文針對如何開展積極有效的應對措施才能最大程度地將PFASs 暴露對生態(tài)環(huán)境乃至人體健康產(chǎn)生的潛在危害降到最低這一關鍵科學問題，提出加強PFASs 的環(huán)境轉化研究，推進其分類管控的應對措施，并進一步針對于PFASs 的環(huán)境轉化提出需要重點關注的研究方向，以期對相關研究工作有一定的推動和指導性幫助.

1 PFASs 管控所面臨的挑戰(zhàn)及對策分析

2000 年，3M 公司宣布自愿逐步淘汰PFOS/PFOSF相關產(chǎn)品，由此拉開了人類社會針對PFASs 管控的序幕. 迄今為止，針對PFASs 管控經(jīng)歷了多個重要里程碑式事件(見圖1)，國際上主要包括：2009 年PFOS/PFOSF 被列入《關于持久性有機物的斯德哥爾摩公約》(簡稱“《公約》”)，對上述物質進行使用、進行限制；2017 年PFHxS 及其相關化合物接受《公約》的審查；2019 年PFOA 及其鹽和相關化合物被列入《公約》附件A 等. 我國作為《公約》的重要成員國，為實現(xiàn)履約，體現(xiàn)大國責任，也發(fā)布了多項針對PFASs的管控措施. 2014 年，原環(huán)境保護部等十二部委聯(lián)合印發(fā)關于《關于持久性有機污染物的斯德哥爾摩公約》新增列9 種持久性有機污染物的《關于附件A、附件B 和附件C 修正案》和新增列硫丹的《關于附件A 修正案》生效的公告，聲明自2014 年3 月26 日起，禁止除6 種特定豁免用途和7 種可接受用途以外的PFOS/PFOSF 的生產(chǎn)、流通、使用和進出口.2019 年，為進一步控制PFASs 類物質使用，我國又禁止除7 種可接受用途外PFOS/PFOSF 的生產(chǎn)、流通、使用和進出口. 總的來看，經(jīng)過多年努力，我國PFOS管控取得積極進展，基本禁止了PFOS 的新建生產(chǎn)、進口，從法規(guī)方面嚴格限制了PFOS 的使用領域，并從源頭上進行了PFOS 淘汰和削減. 然而，鑒于PFASs 在工業(yè)領域的重要用途，在PFOS 等傳統(tǒng)PFASs 被限制后，市場迫切需要尋找新的PFASs 替代品.

圖1 國內外PFASs 的管控歷程Fig.1 The management and control course of PFASs worldwide

傳統(tǒng)PFASs 指碳氟鏈長度≥7 的PFCAs 和碳氟鏈長度≥6 的PFSAs，以PFOS 和PFOA 為典型代表；新型PFASs 則主要是指包含短碳鏈的PFAAs(即C-F 鏈長≤6 的PFCAs 和C-F 鏈長≤5 的PFSAs)以及具有不同官能團修飾的多氟烷基化合物. 目前，在環(huán)境領域備受關注的新型PFASs 包括氟調聚物磺酸(FTSA)，全氟聚醚磺酸類(PFESAs)和全氟聚醚羧酸類(PFECAs). 我國是世界上最重要的PFASs生產(chǎn)國及使用國，PFOS、PFOA 等傳統(tǒng)PFASs 的生產(chǎn)量常年位居世界首位. 因此，近年來以PFBS、F-53B、6∶2 氟調磺酸(6∶2 FTSA)、6∶2 氟調聚物磺酰胺烷基甜菜堿(6∶2 FTAB)為代表的PFOS 替代品和以全氟丁酸(PFBA)、六氟環(huán)氧丙烷二聚酸(Gen-x)、4,8-二氧雜-3-氫-全氟壬酸(ADONA)為代表的PFOA 替代品的生產(chǎn)及使用量也呈現(xiàn)逐步增長的趨勢(見表1).與此同時，由于PFOS 和PFOA 在工業(yè)生產(chǎn)領域仍占有重要地位，《公約》保留了它們在部分工業(yè)領域的特定豁免用途. 其中，PFOS 豁免范圍包括在閉環(huán)系統(tǒng)中的金屬鍍層(硬金屬鍍層)以及液體燃料火災(B 類火災)的滅火泡沫等. PFOA 及其鹽類和相關化合物的特定豁免用途包括：攝影涂料；保護工人免受危險液體造成的健康和安全風險影響的紡織品；滅火泡沫(不含生產(chǎn))；藥品生產(chǎn)過程中用于全氟溴辛烷的制備；氣體過濾膜、水過濾膜和醫(yī)療布膜；工業(yè)廢熱交換器設備；部分聚四氟乙烯(PTFE)和聚偏氟乙烯(PVDF)材料；高壓電線電纜的聚全氟乙丙烯(FEP)以及汽車內部塑料配件的氟橡膠等. 傳統(tǒng)PFASs 及其新型替代品在部分工業(yè)領域的混用迫使我國自然環(huán)境面臨著極其復雜的污染狀況. 與國外相比，我國環(huán)境中的PFASs 仍處于較高污染水平，且存在著傳統(tǒng)PFASs 及大量新型PFASs. 遺憾的是，越來越多的研究指出這些短碳鏈替代品也具有潛在的環(huán)境持久性、生物累積性和毒性(PBT)特性. 因此，在PFOS、PFOA 等傳統(tǒng)PFASs 尚未得到有效管控的前提下，PFBS、F-53B 等具有潛在PBT 性質的全氟替代品所造成的污染暴露又對自然環(huán)境及公眾健康形成了新的挑戰(zhàn).

表1 PFOS 和PFOA 及常見替代品Table 1 PFOS and PFOA, and their substitutes

鑒于PFASs 的生態(tài)風險和潛在的人體健康危害，有必要針對PFASs 的生產(chǎn)和應用開展科學的管控工作. 部分學者建議，將所有PFASs 都歸類為高環(huán)境持久性污染物，以對其進行全面管控，同時淘汰PFASs的所有“不必要”用途. 然而，這一美好愿景卻與現(xiàn)實存在一定的矛盾沖突. 一方面，PFASs 相關產(chǎn)業(yè)涉及的經(jīng)濟影響巨大. 僅美國PFASs 相關化學品在消費品和工業(yè)應用所產(chǎn)生的經(jīng)濟收益為20×10美元/a.而在世界范圍內，更有超過9 000 種PFASs 與各類工業(yè)及消費品生產(chǎn)相關. 另一方面，由于并非所有PFASs均為高持久性污染物，因此在忽略轉化產(chǎn)物的相關性質下，將所有PFASs 歸為高持久性類物質這一觀點也并不科學. 目前已有研究證明，通過引入非C-F鍵，可在一定程度上降低PFASs 在環(huán)境或生物體內的半衰期和生物毒性. 例如，10-(三氟甲氧基)癸烷-1磺酸鹽和3-羥基-2-(三氟甲基)丙酸等PFASs 單體在環(huán)境中極易被降解. 在微生物的作用下，PFOS 和PFOA 也可通過去氟作用降解成為C～C的全氟羧酸及C的全氟磺酸等低碳鏈的單體，為PFASs 的降解轉化研究提供了新思路，讓實現(xiàn)PFOA 和PFOS 等高難降解的PFASs 單體的完全降解成為可能. 概括來講，需要在滿足工業(yè)需求的同時，科學實施氟替代品監(jiān)管以及開發(fā)更安全的PFASs 替代品，這亦是推進PFASs 逐步淘汰進程的關鍵戰(zhàn)略.

PFASs 的綠色替代品開發(fā)利用是降低其暴露所致健康風險的最優(yōu)策略. 目前，PFASs 替代品的開發(fā)技術的主要方向是基于對其分子結構的重組以降低替代品在環(huán)境或生物體內的半衰期或生物毒性. 但部分科學家仍對此表示擔憂，認為有必要制定更有效的策略來強化目前的氟化物替代品監(jiān)管其原因是某些PFASs 的生物或非生物代謝降解產(chǎn)物而非自身具有PBT 特性. 例如，作為水成膜泡沫表面活性劑的主要成分，PFASs 前體物PFOAAmS 和PFOSAmS 能夠經(jīng)過生物降解，分別轉化為毒性更強的單體PFOA和PFOS. 例如，氟調醇(FTOHs)自身并不能與蛋白質等生物分子發(fā)生結合作用，而生物體暴露于FTOHs往往又能引起顯著的毒性，因此認為是其代謝轉化產(chǎn)物與生物分子發(fā)生作用，其中8∶2 FTOH 及FOSA 均可降解為毒性更大的PFOA. 另外，部分含有醚鍵、-CH或磷酸鹽/膦酸基團的PFASs 可以降解為PFCAs 和全氟磺酸(PFSAs)，即可以轉化為包括PFOA 和PFOS 等具有典型PBT 性質的PFASs 單體. FTOHs、Cl-PFESAs 也可通過脫鹵作用分別降解為C～C的全氟羧酸和H-PFESAs，但其降解產(chǎn)物是否具有PBT 性質仍不得而知. 另一方面，目前大多數(shù)PFASs 環(huán)境轉化的研究主要聚焦于非聚合型PFASs，針對聚合型PFASs 的相關研究十分有限. 事實上，聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯等聚合型PFASs 在工業(yè)上也具有廣泛的用途，其環(huán)境暴露風險亦不可忽視. 加之上述研究大多數(shù)止步于降解產(chǎn)物及中間體鑒定、轉化率計算及降解路徑解析等，少有研究涉及其轉化產(chǎn)物的PBT 性質，這無疑增加了學者們對PFASs環(huán)境轉化產(chǎn)物及其性質的了解難度. 鑒于此，建議推進并強化PFASs 的環(huán)境轉化研究工作，以進一步明晰其轉化產(chǎn)物的結構及其毒理性質，最終為設計更安全的氟替代品提供有價值的技術路線.

隨著替代品的開發(fā)和利用，雖然最終會完成對PFASs 的淘汰，但不可否認，此進程可能需要一個較為漫長的過程. 在未找到合適的綠色替代品之前，加快PFASs 的淘汰進程勢必會對社會和經(jīng)濟產(chǎn)生較大影響. 因此，在這一重要空窗期，亟需開展積極有效的應對措施，旨在最大程度地將現(xiàn)有PFASs 暴露對生態(tài)及人體產(chǎn)生的潛在危害降到最低. 換言之，在PFASs 的管控決策尚未達成有效共識之前，PFASs 的研究將聚焦于如何發(fā)展才能夠使得PFASs 的生產(chǎn)使用既滿足社會需求，又能夠最大限度控制和降低其對生態(tài)和人體的潛在暴露風險. 在此，筆者認為加強PFASs 的降解轉化研究是目前較為有效可行的策略之一. 該策略能有助于理解PFASs 的PBT 特性，進而推動PFASs 的分類管理.

2 加強PFASs 環(huán)境轉化研究的現(xiàn)實意義

加強PFASs 在環(huán)境和生物介質中的轉化研究，有助于實現(xiàn)PFASs 分子轉化機制的高效識別以及解析其轉化產(chǎn)物的PBT 性質等關鍵技術路徑，進而能夠為研究轉化產(chǎn)物的結構特征和PBT 性質作為依據(jù)，以推進PFASs 合理分類和科學管理. 事實上，針對PFASs 開展的降解轉化研究已對目前所進行的PFASs的分類管控起到了相當大的推動作用. 以PFOS 為例，其在2009 年被納入《公約》以限制使用，PFHxS 作為PFOS 的替代品被大量生產(chǎn)，廣泛用于電鍍行業(yè). 然而研究卻發(fā)現(xiàn)，PFHxS(PFHxS 亦是PFOS 的生物降解產(chǎn)物)在環(huán)境和生物體內的高濃度殘留、半衰期及生物毒性均與PFOS 相當，且PFHxS 暴露對人體健康亦具有潛在危害. 在該背景下，PFHxS 及其鹽類于2017 年7 月被歐洲化學品管理局列入高度關注物質(SVHC)候選清單，并于2021 年被建議列入《公約》附件A. 這預示針對PFHxS 的管控對象不僅包含PFHxS 及其鹽類物質，還包括PFHxS 相關化合物. 值得指出的是，《公約》將PFHxS 的相關化合物定義為，含有CFSO-氟化烷基基團，并有可能通過降解(生物或非生物途徑)成為PFHxS 的化合物(包括不同締約方及國際組織提供的PFHxS 潛在前體物清單).然而，不能忽視的是，目前相關研究大多僅從理論上推測這些前體物可能降解為PFHxS，針對于PFHxS相關化合物降解及轉化的數(shù)據(jù)卻十分匱乏. 這也極大地限制了這些物質的管理與應用.

研究PFASs 前體物的降解行為及機制，識別其PBT 性質和關鍵影響因素，對這些物質的分類監(jiān)管至關重要. 隨著研究的深入，學者們已經(jīng)在環(huán)境介質和生物體中發(fā)現(xiàn)了超過1 000 種新型PFASs. 然而，它們當中有哪些物質具有潛在的PBT 特性，是否會對生態(tài)環(huán)境及人體健康造成毒性影響仍有待進一步研究. 傳統(tǒng)的毒性評估過程耗時太過漫長，其所能提供的化學安全信息顯然已無法滿足及容納快速增長的PFASs 物質需求. 一是PFASs 的暴露對不同模式生物產(chǎn)生的毒性效應不盡相同，難以對其逐一開展毒性測試；二是雖然基于某些生物模型開展毒性評價結果認為PFASs 替代品被認為是安全無毒的，但它們是否能夠通過非生物降解轉變?yōu)榫哂蠵BT 特性的PFASs 仍有待進一步研究. 如若這些新型PFASs 能夠經(jīng)過環(huán)境轉化降解代謝為傳統(tǒng)的PFASs，其即可視為傳統(tǒng)PFASs 在環(huán)境中的間接污染來源，并造成人類遭受到新型和傳統(tǒng)PFASs 的復合暴露. 可見，開展PFASs 的轉化研究，明晰PFASs 的降解轉化行為及機制，可為其毒性識別提供新思路. 針對于毒性尚不夠明確的新型PFASs，可通過鑒別其是否能夠基于生物或非生物降解轉化成具有明顯毒性的降解產(chǎn)物(如PFOA、PFOS 及PFHxS 等)，進而對其毒理性質進行劃分，為后續(xù)相應的管控決策提供科學依據(jù). 這可以顯著提高對新型PFASs 的毒性評估效率，進而縮短對這些物質的管控進程. 因此，筆者認為加強PFASs 降解轉化的研究是開展其毒性評價的有效補充，有助于高效評估PFASs 及其轉化產(chǎn)物的毒性及其他POPs 特性，進而建立PFASs 的優(yōu)先管控清單.

3 PFASs 環(huán)境轉化研究的前沿內容

關于PFASs 環(huán)境轉化的研究主要關注如何消除PFASs，其消除方法主要包括熱解、化學氧化還原、光催化以及電催化氧化等. 然而上述方法具有成本高、耗能大的缺點，因此僅局限于在實驗室開展，難以在真實場地中實施應用. 例如，熱解是可以將PFASs礦化的破壞性方法，該方法可實現(xiàn)PFASs 的有效消除；高級熱氧化也能夠有效消除固態(tài)、液態(tài)及氣態(tài)樣品中的PFASs. 然而上述兩種方法均需要在＞700 ℃的條件才能將PFASs 解熱轉化為氟化氫和其他無氟產(chǎn)品，加上熱解過程也會伴隨著副產(chǎn)物的產(chǎn)生，造成潛在二次污染，導致熱降解工藝至今尚無法被大規(guī)模推廣應用. 電化學降解、超聲波降解，非熱等離子體、高級氧化還原及生物降解等技術無法解決天然或者工業(yè)條件下的PFASs 礦化問題. 迄今為止，環(huán)境科學家們很少關注PFASs 的自然降解轉化行為，尤其缺乏針對于PFASs 在全生命周期的暴露與結局所涉及的代謝轉化機制研究. 因此，筆者認為在PFASs管控尚未達成有效共識之前迫切需要加強PFASs 環(huán)境轉化研究，同時提出以下3 個重點研究方向.

a) 基于高分辨質譜的新型PFASs 疑似靶向/非靶向篩查技術體系研究. 環(huán)境中除了傳統(tǒng)全氟烷基羧酸、磺酸鹽等PFASs，同時存在大量新型PFASs 以及未知的PFASs. 基于總氟質量平衡的研究方法，研究人員發(fā)現(xiàn)在環(huán)境樣品和生物樣品中仍有大量的未被鑒定的有機氟化合物，其在環(huán)境和生物中的質量比分別約為50%～99%和15%～99%. 環(huán)境及機體中的新型PFASs 不但成分復雜、性質相似，其痕量賦存水平更使得對其進行準確定性及定量成為挑戰(zhàn). 基于高分辨質譜的疑似靶向及非靶向分析方法可以對未知化合物開展高準確度、高精密度的高通量篩查；能夠通過分析復雜化合物的同位素精細結構，實現(xiàn)對環(huán)境轉化產(chǎn)物及生物代謝物等小分子的解析，進而鑒定環(huán)境中及機體內的新型未知PFASs. 然而，非靶向篩查技術依賴于譜庫提供分子結構信息，加之目前不同數(shù)據(jù)庫對新型未知全氟化合物的命名和報告方式尚不能夠統(tǒng)一，這在一定程度上阻礙了非靶向篩查技術對降解轉化產(chǎn)物的準確篩查. 有學者提出，基于PFASs 特定結構特征的替代分析技術(可萃取有機氟、總氟法及總氧化前驅體等)聯(lián)合高分辨質譜技術，有望推動非靶向篩查技術在PFASs 環(huán)境轉化研究中的應用.

b) 明晰PFASs 在機體內的轉運、積累、代謝和消除行為. 我國對于PFASs 類物質的研究起步較晚，關于PFASs 的人群暴露與健康風險研究相對有限.PFASs 在生物體內的累積代謝規(guī)律、暴露所致健康危害及其潛在分子機制等尚不明確. PFASs 在人體內的富集消除能力直接影響其內暴露劑量及毒性效應，開展PFASs 體內代謝規(guī)律研究，將有助于明晰PFASs 人體內暴露的真實水平. 一方面，可以利用傳統(tǒng)的實驗方法，即是基于模式生物，構建生理毒代動力學(PBTK)模型，分析不同結構PFASs 在生物體內的代謝規(guī)律、體內半衰期和生物累積性強弱. 目前此方面研究已經(jīng)取得一定的進展，如基于斑馬魚、虹鱒魚、小鼠/大鼠等模式生物，研究了Cl-PFESAs、PFOS、PFOA 及PFBS 等多種新型及傳統(tǒng)PFASs 單體在生物體內的轉運、累積及消除行為. 另有研究指出，肝臟循環(huán)對PFASs 在機體內的重吸收、分布及累積行為起著重要調節(jié)作用，這為理解PFAS體內降解代謝機制提供了新視角，也奠定了PFASs在生物體內降解代謝的基礎數(shù)據(jù). 但上述研究不能確證其轉化產(chǎn)物的降解代謝行為，其研究結果也不能直接外推到人體，導致PFASs 在人體內的富集消除行為仍有待進一步明晰. 另一方面，關注典型地區(qū)PFASs 的高暴露人群，并以其暴露所致健康效應為引導，結合相關臨床健康指標，運用機器學習、理論計算等手段，建立基于化合物結構的PFASs 生物累積性的高-中-低分類預測模型. 上述基于實際暴露人群的體內代謝累積消除分析，將為推動PFASs 的內暴露機制研究提供重要的意義. 與此同時，結合PFASs內外暴露特征，解析PFASs 及其轉化產(chǎn)物的生物學效應及結構基礎，系統(tǒng)評估PFASs 及其轉化產(chǎn)物的生物富集性、生物學毒性，理解其PBT 性質. 目前，針對PFASs 人體內暴露研究以普通人群為主，主要檢出單體為PFOA、PFOS 及F-53B 等，其濃度水平為ppb 級別. 雖然，基于普通人群的研究能夠全面地提供PFASs 內暴露的基礎信息，但各PFASs 單體內暴露濃度相對于低，跨越范圍小，難以篩查具有劑量效應關系的暴露標志物，具有一定的局限性. 已有研究指出，我國氟化工廠工人體內PFASs 的殘留濃度高達ppm 級別，并且PFASs 在工人、家屬及普通人群體內具有遞減的濃度梯度. 基于此，筆者提出以高暴露人群及相應環(huán)境中PFASs 賦存特征的解析為切入點，聯(lián)合內外暴露，結合理論計算研究手段，構建分類低-中-高預測模型，有望闡明PFASs 在機體內的降解代謝行為. 上述研究的完成可為PFASs 的分類管控提供科學數(shù)據(jù)支撐.

c) 構建PFASs 降解轉化產(chǎn)物與人群不良健康結局之間關系的毒理學網(wǎng)絡. 一般而言，污染物的致毒作用并不限于單一靶點或單一通路，其誘導的健康危害效應更多是通過對一系列環(huán)環(huán)相扣且生物學功能各異的蛋白質/基因網(wǎng)絡的整體擾動而實現(xiàn). 因此，對PFASs 的生物學效應的探討不僅要考慮其特異性結合的直接作用靶標，同時還應當考慮PFASs 對蛋白質網(wǎng)絡、基因網(wǎng)絡、代謝網(wǎng)絡等多個生物網(wǎng)絡的調節(jié)及影響. 結合多組學(蛋白組學和基因組)研究手段學習并挖掘與PFASs 暴露所致效應的作用通路相關的蛋白和基因動態(tài)變化信息，讓從分子微觀層次解析PFASs 暴露的特征圖譜成為可能. 另外，利用基于機器學習的“復雜網(wǎng)絡”技術，構建污染物-生物靶標相互作用網(wǎng)絡，識別與污染物相互作用的各個關鍵靶標間所形成的網(wǎng)絡關系與生物效應，進而解析污染物的毒性作用通路及分子機制. 在這些方面，已有少數(shù)學者開展了探索性研究. 例如，利用“復雜網(wǎng)絡”技術構建了PFASs 與有效靶標蛋白/基因的相互作用網(wǎng)絡，融合相應信號通路數(shù)據(jù)庫和生物學功能，分析其可能參與的疾病并搭建化合物-靶標網(wǎng)絡體系，指出PFASs 暴露對肥胖、肝癌、糖尿病等疾病的發(fā)生發(fā)展有潛在影響. 遺憾地是，上述研究僅針對于少數(shù)PFASs 單體，且所關聯(lián)的基因蛋白來源于數(shù)據(jù)庫的搜索匹配，而并非基于真實暴露模式下所獲得的人體健康數(shù)據(jù). 因此PFASs 及其轉化產(chǎn)物共暴露所致的潛在不良健康效應無法被所繪制的生物學網(wǎng)絡完成反映出來. 鑒于此，筆者提出以健康效應為引導，搭建PFASs 內外暴露關聯(lián)的橋梁，挖掘作用通路上關鍵基因蛋白，有助于構筑真實暴露條件下的PFASs-生物靶標-毒性-健康效應的系統(tǒng)毒理學網(wǎng)絡，這亦是評估PFASs 潛在人體健康風險的前瞻性思路.

綜上所述，鑒于PFASs 的降解轉化產(chǎn)物結構復雜、數(shù)量龐大，加之PFASs 高暴露人群樣品難以獲得，使得上述3 個研究方向內容的實施將具有極大挑戰(zhàn)性. 理論上，前兩個研究內容的有效完成將能夠推進第3 個研究內容的順利開展. 即基于高分辨質譜的新型PFASs 疑似靶向/非靶向篩查技術體系的構建是探究PFASs 在生物體內的轉化代謝規(guī)律的重要前提技術條件. 在此基礎上，解析高暴露人群特征暴露組圖譜，進一步聯(lián)合機器學習和生物模型研究手段，通過構建PFASs 體內累積性預測模型和生理毒代毒效模型，研究PFASs 進入機體后的分布和轉化，確證PFASs 體內消除富集規(guī)律. 此外，在獲取差異化的暴露和效應生物標志物的基礎上，考察其相應生物學功能，結合利用“復雜網(wǎng)絡”技術，探索PFASs 暴露所致不良健康結局的關鍵分子機制. 這將有望基于“污染識別-暴露過程-代謝機制-健康響應”這一PFASs 全生命周期的環(huán)境暴露過程及結局，解析PFASs 污染的健康危害這一關鍵科學問題. 因此，加強PFASs 的環(huán)境轉化研究，是氟替代品分類和管理的重要策略，可為我國新污染物治理和履行國際公約提供科學數(shù)據(jù)支撐.