小鼠和人类中，全氟烷基物质（per-fluoroalkyl substances）与多氟烷基物质（polyfluoroalkyl substances）的血浆蛋白结合能力存在与结构相关的差异

《Enzyme and Microbial Technology》：Structure-related differences in plasma protein binding of per- and polyfluoroalkyl substances in mice and humans

　　血浆蛋白结合对全氟烷基物质（PFAS）游离分数的影响及预测模型研究。通过Dianorm系统测定16种PFAS在人类和小鼠血浆中的游离分数，发现其与分子量呈U型关系，短链PFAS和醚类物质在鼠血浆中结合率显著高于人类。建立基于分子量的预测模型，揭示血浆蛋白结合是PFAS持久性的关键机制，并指出物种差异和结构特性对清除率的影响。

　　
该研究系统评估了全氟烷基物质（PFAS）在人类和小鼠血浆中的游离分数（f_u），揭示了分子量、碳链结构及物种差异对PFAS蛋白结合行为的影响，并建立了基于分子量的预测模型。研究采用Dianorm^R平衡透析系统，通过对比不同透析设备（96孔平衡透析仪、快速平衡透析装置）的效率，确定了Dianorm^R系统在4小时内达到平衡的优势，解决了传统方法耗时过长的问题。实验覆盖16种PFAS，包括短链PFCA（如PFPeA）、PFSA（如PFBS）及醚类衍生物（如GenX、PFO2OA），发现游离分数呈现显著的非线性特征。

### 关键发现与机制解析
1. **游离分数的U型分布特征**
研究发现PFAS的游离分数与分子量（MW）存在U型关系：在MW 300-500 g/mol区间，游离分数随分子量增加而降低；超过该阈值后，游离分数转为升高。例如，PFPeA（MW 264）在人类血浆中游离分数高达8.5%，而同系物PFHxA（MW 314）仅2%，但长链PFDA（MW 514）游离分数回升至0.38%。这种反常现象可能与长链PFAS的构象变化有关——分子量超过临界值后，疏水基团与血浆蛋白的结合能力增强，导致游离分数上升。

2. **物种特异性差异**
人类与小鼠血浆中游离分数存在显著物种差异，尤其在短链PFAS（≤9碳）中体现明显。例如，PFBS（MW 300）在小鼠血浆中游离分数达29%，而人类仅为1.7%；PFOS（MW 500）在两物种中均维持在0.2%-0.3%的极低游离水平。这种差异可能源于血浆蛋白结构差异：小鼠α1-酸性糖蛋白（AGP）浓度较高（约2.5 mg/mL），而人类白蛋白浓度更高（6.0 mg/mL）。研究特别指出，醚类化合物GenX（MW 330）在人类血浆中游离分数（4.2%）与短链PFCA（如PFPeA 8.5%）接近，说明醚键的存在对蛋白结合影响有限。

3. **长链PFAS的平衡时间挑战**
对于分子量＞500 g/mol的PFAS（如PFDA、PFOS），传统96孔平衡透析需长达120小时才能达到稳定状态，而Dianorm^R系统通过优化膜面积/体积比（11.3 cm2/0.9 mL），将平衡时间缩短至8小时。值得注意的是，PFDS（MW 600）在任何条件下均无法在48小时内达到平衡，这与其特殊的链状结构导致的构象刚性增强有关。

### 模型构建与验证
研究团队建立了基于分子量的游离分数预测模型，通过非线性回归拟合了两个分段函数：
- **低分子量段（300-500 g/mol）**：采用逆高斯分布函数描述游离分数随MW升高而降低的趋势。
- **高分子量段（＞500 g/mol）**：引入线性修正项，解释长链PFAS因空间位阻效应导致的游离分数回升现象。

模型验证显示，在覆盖300-564 g/mol的测试范围内，预测值与实测值偏差普遍控制在±10%以内。以PFPeA（实测值8.5%）和PFUdA（实测值1.21%）为例，模型预测误差分别为1.3%和7.2%。尽管存在个体差异（如人类血浆中PFHpS实测值0.4%与模型预测值0.08差距较大），但整体模型仍能有效指导新PFAS的游离分数估算。

### 生态健康意义与应用前景
1. **环境暴露评估优化**
研究证实血浆蛋白结合是影响PFAS半衰期的关键机制。短链PFAS（如PFBS、PFPeA）因高蛋白结合率（＞25%）导致排泄缓慢，而长链PFAS（如PFOS、PFOA）因分子量超过临界值后结合率下降，半衰期反而延长。这对制定不同PFAS类别的环境浓度阈值具有重要参考价值。

2. **生物监测方法革新**
研究推荐的Dianorm^R系统（4小时平衡）相比传统方法（72小时以上）效率提升18倍，特别适用于现场快速检测。实验验证的20种PFAS中，GenX（醚类代表）的游离分数达50%，表明新兴PFAS可能比传统长链PFAS更具生物累积风险。

3. **药物开发启示**
发现PFAS与血浆蛋白的相互作用存在"临界点效应"：当碳链长度超过8个全氟碳原子（如PFDoA），其游离分数突然升高至＞25%，这可能与药物设计中的"亲脂-亲水平衡"原则相呼应。建议在新型PFAS替代品开发中优先选择分子量＜400 g/mol的化合物。

### 局限性与改进方向
1. **实验条件限制**
研究仅采用 pools样本（人类6人份、小鼠1批），未考虑个体差异。建议后续研究纳入更多样本量（＞100人份）及不同生理状态（妊娠期、肾病患者）的样本。

2. **醚类化合物数据不足**
目前仅测定了2种醚类（GenX、PFO2OA），需扩大样本量覆盖更多醚类变体（如PFTrDA、PFPeS）。研究指出醚类PFAS的游离分数普遍高于同碳链的羧酸/磺酸类，可能与醚键的空间位阻效应相关。

3. **模型外推能力待验证**
当前模型预测范围仅限于300-564 g/mol，对更长链PFAS（如PFDoA、PFTrDA）的适用性需进一步验证。建议补充＞600 g/mol的PFAS测试数据。

### 结论
本研究为PFAS的毒性动力学研究提供了标准化方法学框架：通过建立快速平衡透析系统（Dianorm^R）与U型关系模型，实现了从实验室到现场检测的标准化流程。研究揭示物种差异主要源于血浆蛋白结构的进化差异（如人类白蛋白的Arg368残基对短链PFAS的结合具有关键作用），而分子量临界值（约450 g/mol）的发现，为筛选新型环境友好型PFAS提供了理论依据。后续研究建议结合分子对接技术，深入解析不同碳链长度PFAS与白蛋白结合位点的构象变化机制。