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全氟/多氟化合物(Per-and polyfluoroalkyl substances,PFASs)具有良好的稳定性和疏水疏油特性,广泛应用于耐水涂料、食品包装和灭火泡沫等工业和民用领域。由于其大量生产和使用,且具有持久性有机污染物的特性,在各种环境介质和全球各地的人体血清中都检测到PFASs。许多国家严格控制并逐步淘汰全氟辛烷磺酸(Perfluorooctane sulfonate,PFOS)和全氟辛酸(Perfluorooctanoic acid,PFOA)及相关化学品,但某些行业仍可生产和使用。此外,PFOS替代品迅猛发展,生产和使用量剧增,但其环境污染水平和毒理学研究极少,环境和健康风险未知。与中国大多数其他地区相比,大连市在各种环境介质甚至人类血清中的PFASs浓度较高,该地区PFASs的环境风险已经引起广泛关注。动物实验和人体解剖结果表明,骨组织可能是PFASs的靶组织。流行病学调查显示,人体血清PFASs浓度与骨骼健康之间具有一定的关联。人骨髓间充质干细胞(human bone marrow mesenchymal stem cells,hBMSCs)是成骨细胞和成脂细胞的共同祖细胞,在维持骨骼健康中起到重要作用,能够为研究环境污染物对骨骼健康的影响及潜在分子机制提供有效的检测体系。本论文首先通过对大连地区大气颗粒物中PFASs的监测研究典型全氟烷酸化合物(PFAAs)及其替代品的环境污染时间规律。结合本论文和其他研究结果,选取5种污染水平较高的代表性PFASs,从细胞毒性、细胞分化、基因和蛋白表达等多水平评价几种代表性PFASs暴露对hBMSCs分化的影响及潜在分子机制。主要内容包括:(1)分析大连地区大气中PFASs的污染水平和时间趋势。结果显示:PFAAs的总量范围为35.7-860 pg/m3,在2006-2008年的污染水平上升,之后下降,且全氟羧酸(PFCAs)是主要物质,其中PFOA检测水平最高,平均浓度为71.7 pg/m3。全氟磺酸化合物(PFSAs)中PFOS浓度最高,其次是PFBS和PFHxS。在2007-2014年,PFOS替代品-氯代多氟醚基磺酸盐(Cl-PFESA,商品名F-53B)浓度逐渐增加,范围为85.9-722pg/m3,占PFASs总量的37%至95%。(2)通过分析碱性磷酸酶(ALP)活性和钙结节以及成骨分化过程中关键基因表达,研究PFASs暴露对hBMSCs成骨分化的影响。F-53B、PFOA、PFHxS和PFBS在一定浓度范围内对第7天ALP活性产生抑制作用,而PFOS对第7天ALP活性不产生显著影响。PFOS抑制hBMSCs成骨分化过程中钙结节的形成,且在0.2-100 nM之间以剂量依赖性的方式降低。100 nM PFOS暴露使钙结节形成相对于对照组下降了65%。F-53B对钙结节形成产生促进作用。实时定量PCR(RT-qPCR)结果显示,PFOS暴露引起Runx2、ON和OPN表达下调,在100 nM处,ON和OPN分别下调了47%和26%。高浓度PFHxS下调BMP2和OPN表达,PFBS抑制Runx2、ON和OPG表达,而F-53B和PFOA诱导成骨分化相关基因表达上调,提示全氟磺酸化合物和PFOA、F-53B可能对成骨分化调控产生相反的作用。此外,PFOS显著下调骨转换标志物OPG表达,且在0.2-100 nM之间以剂量依赖性的方式降低。PFOS在100 nM时使OPG下调了41%。F-53B和PFHxS上调骨转换标志物RANKL表达。PFASs暴露引起RANKL/OPG比值大于1,提示PFASs可能通过OPG/RANKL/RANK通路影响破骨细胞的分化和活性。(3)通过分析脂肪滴形成和成脂关键基因的表达水平,研究不同浓度PFASs暴露对hBMSCs成脂分化的影响。油红O染色结果表明,PFOS、PFHxS和低浓度PFBS暴露增加hBMSCs成脂分化过程中的脂肪滴形成,且PFOS和PFHxS在0.2-100 nM之间脂肪滴形成随浓度升高而增加。F-53B和PFOA暴露抑制的脂肪滴形成,且F-53B的抑制效应呈剂量依赖性。RT-qPCR结果表明,PFOS和PFHxS上调PPARγ、C/EBPα和LPL表达,PFOA下调PPARγ和LPL表达,F-53B上调CEBPα和LPL表达,说明PFOS和PFHxS暴露促进hBMSCs成脂分化,PFOA抑制hBMSCs成脂分化,F-53B可能主要通过影响成脂关键基因转录后的翻译,抑制hBMSCs成脂分化过程中脂肪滴的形成。(4)通过分析hBMSCs成骨分化不同阶段Runx2、PPARγ和β-catenin以及经典Wnt/β-catenin通路上下游关键基因表达和关键蛋白水平,并结合经典Wnt-β-catenin通路激活剂LiCl,研究PFOS暴露影响hBMSCs分化的潜在分子机制。在成骨分化早期,PFOS暴露下调Runx2和β-catenin表达,变化趋势一致,且激活剂LiCl能够减弱甚至逆转由PFOS暴露所引起的β-catenin、OPN和ON表达显著性下调。在成骨分化晚期,Runx2表达显著性下调,PPARγ以剂量依赖的方式显著性上调,在200 nM PFOS处,PPARγ上调3.12倍。β-catenin在基因和蛋白表达水平均无显著变化,提示经典Wnt-β-catenin通路主要在成骨分化早期对PFOS影响hBMSCs成骨分化起到关键作用,而PPARγ在成骨分化晚期具有重要调控作用。综上,PFASs在人体暴露相关剂量下对hBMSCs成骨和成脂分化在细胞表型、关键基因表达和蛋白水平均产生影响,并可能通过OPG/RANKL/RANK通路影响破骨细胞的分化和活性,结果提示PFASs可能通过干扰hBMSCs成骨和成脂分化之间的平衡及破骨细胞的分化和活性,影响骨骼健康。