초록
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과불화화합물 (Per- and polyfluoroalkyl substances, PFAS)은 내수성, 내유성, 내화학성과 같은 뛰어난 물성으로 인해 1950년대부터 다양한 산업계에서 사용되고 있으나 매우 넓은 범위의 건강 악영향을 미칠 것으로 우려되는 물질이다. 이에 과불화옥탄술폰산 (Perfluorooctanesulfonic acid, PFOS) 그리고 과불...

과불화화합물 (Per- and polyfluoroalkyl substances, PFAS)은 내수성, 내유성, 내화학성과 같은 뛰어난 물성으로 인해 1950년대부터 다양한 산업계에서 사용되고 있으나 매우 넓은 범위의 건강 악영향을 미칠 것으로 우려되는 물질이다. 이에 과불화옥탄술폰산 (Perfluorooctanesulfonic acid, PFOS) 그리고 과불화옥탄산 (Perfluorooctanoic acid, PFOA)과 같은 기존 과불화화합물은 강력히 규제되었고, 과불화부탄술폰산 (Perfluorobutanesulfonic acid, PFBS) 그리고 과불화부탄산 (Perfluorobutyric acid, PFBA)과 같은 유사 구조의 과불화화합물로 대체되었다. 하지만 기존 및 대체 과불화화합물 모두 환경 중에서 검출되고 있으며 대체물질 사용의 안전성에 대해서도 알려지지 않았다. 특히, 최근 한 역학 연구를 통해 사람의 혈액 중 과불화화합물 농도와 안구 질환과의 상관관계가 처음으로 보고되었다. 그러나 이를 뒷받침할 실험적 근거는 매우 부족한 상황이다. 따라서 본 연구에서는 제브라피쉬 모델을 활용해 기존 및 대체 과불화화합물의 노출에 따른 시각독성학적 영향을 평가해 보았다.

기존 과불화화합물 PFOS 그리고 PFOA와 대체 과불화화합물 PFBS 그리고 PFBA 1, 10, 100, 1000 μg/L를 제브라피쉬 배아에 5 일간 노출시킨 뒤 phototactic behavior assay와 C-OMR assay를 통해 시각 행동 반응을 확인하였다. 이와 함께 과불화화합물 노출로 인한 시각 기능 손상의 경로를 파악하기 위해 시각 시스템 관련 유전자의 발현량을 분석하였다.

Phototactic behavior assay 수행 결과, PFOS 10, 100, 1000 μg/L 그리고 PFOA 100 mg/L에 노출된 제브라피쉬 치어에서 빛 자극에 대한 행동성의 감소가 확인되었다. 하지만 PFBS와 PFBA 노출은 시각 행동 반응에 영향을 미치지 않았다. C-OMR assay 수행 결과, PFOS 1000 μg/L 노출에 의해 제브라피쉬 치어의 시각적 자극에 대한 행동 반응성이 감소하였다. 또한 유전자 발현량 분석을 통해 1000 μg/L PFOS 노출에 의한 crx, cnga1b, arr3b와 같은 광수용체 및 광변환 과정과 관련된 유전자들의 발현량 변화를 확인하였다. 이는 과불화화합물 노출이 광수용체 자체의 변성이나 광변환 과정 그리고 Ca2+ 흐름에 손상을 유발하여 시각 매개 행동 저해의 원인이 될 수 있음을 의미한다.

본 연구에서는 기존 및 대체 과불화화합물의 시각독성 유발 가능성을 실험적으로 확인하였다. 또한 본 연구는 제브라피쉬 모델이 시각 기능 및 독성 연구에 유용하게 활용될 수 있음을 보여주었다.

Abstract
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Per- and polyfluoroalkyl substances (PFAS) have been widely used in various industries since the 1950s and have the potential for inducing a broad range of adverse health effects. Thereafter, legacy PFAS (i.e. PFOS and PFOA) were strongly regulated and replaced with short-chained alternative PFAS (i...

Per- and polyfluoroalkyl substances (PFAS) have been widely used in various industries since the 1950s and have the potential for inducing a broad range of adverse health effects. Thereafter, legacy PFAS (i.e. PFOS and PFOA) were strongly regulated and replaced with short-chained alternative PFAS (i.e. PFBS and PFBA), but both have been detected in environmental matrices and the safety of these alternatives is unknown. In particular, although epidemiological studies on the association between PFAS exposure and eye diseases in human have been reported recently, the experimental evidence to support them is insufficient.

In this study, zebrafish embryos were exposed to legacy and alternative PFAS at concentrations of 1, 10, 100 and 1000 μg/L to evaluate ocular toxicity. After 5 days of exposure, phototactic behavior assay and C-OMR assay were conducted to evaluate the effects on visual behavior. Changes in gene expression were also investigated to consider the mechanism of visual impairment caused by PFAS exposure.

Results of the phototactic behavior assay showed that there was s significant decrease in the response to light stimulation in PFOS-exposed groups at 10, 100 and 1000 μg/L. In the PFOA exposure groups, a reduction was detected at 100 mg/L, whereas exposure to PFBS and PFBA showed no effect on phototactic behavior. The C-OMR assay revealed that PFOS exposure induced significant decrease in optomotor responses at 1000 μg/L. In addition, PFOS affected gene expression related to visual systems such as crx, cnga1b, and arr3b at 1000 μg/L. Collectively, PFAS can lead to photoreceptor degeneration, disruption of the phototransduction pathway and abnormal Ca2+ current accompanied by impairment of visually-mediated behavior. Based on our findings, PFOS is highly potent for ocular toxicity, followed by PFOA.

We confirmed that ocular toxicity could be induced by PFAS exposure experimentally, and demonstrated that zebrafish are an applicable model to carry out toxicological research of visual function.

주제어

#과불화화합물 시각독성 제브라피쉬;

이 논문을 인용한 문헌