【研究背景】

隨著工業(yè)化學(xué)的迅速發(fā)展，新型環(huán)境污染物對(duì)人類健康和生態(tài)系統(tǒng)的影響日益顯著。塑料制品因其輕便、耐用和低成本的特性被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，但塑料增塑劑的潛在健康危害逐漸受到關(guān)注。乙酰三丁基檸檬酸酯（ATBC）作為一種新興的增塑劑，在塑料制造業(yè)中占據(jù)重要地位，尤其是在獲得歐盟批準(zhǔn)用于食品接觸材料后，其使用更加廣泛。然而，越來越多的證據(jù)表明ATBC可能通過內(nèi)分泌干擾和代謝改變等機(jī)制對(duì)健康造成威脅，且其信號(hào)通路與癌癥的發(fā)生和發(fā)展相關(guān)。鑒于此，本研究旨在探討ATBC與口腔鱗狀細(xì)胞癌（OSCC）之間的關(guān)聯(lián)，以期為評(píng)估環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)提供科學(xué)依據(jù)，并為制定相關(guān)防護(hù)策略奠定基礎(chǔ)。

【研究方法】

研究整合了網(wǎng)絡(luò)毒理學(xué)、分子對(duì)接和分子動(dòng)力學(xué)模擬等多種方法。首先，通過ProTox-3.0、ADMETlab 3.0和ChemBlink數(shù)據(jù)庫對(duì)ATBC進(jìn)行毒性分析，并從PubChem數(shù)據(jù)庫獲取ATBC的SMILES序列。隨后，利用Swiss Target Prediction、ChEMBL和TargetNet數(shù)據(jù)庫以及STITCH數(shù)據(jù)庫預(yù)測(cè)ATBC的潛在靶標(biāo)，并通過UniProt數(shù)據(jù)庫標(biāo)準(zhǔn)化靶標(biāo)名稱，構(gòu)建ATBC的靶標(biāo)庫。同時(shí)，從GeneCards、OMIM和TTD數(shù)據(jù)庫收集OSCC相關(guān)靶標(biāo)，通過Venn網(wǎng)站確定化合物靶標(biāo)與疾病靶標(biāo)的重疊部分，作為ATBC誘導(dǎo)OSCC的潛在靶標(biāo)。接下來，利用STRING12.0數(shù)據(jù)庫和Cytoscape3.9.1軟件構(gòu)建蛋白質(zhì)相互作用（PPI）網(wǎng)絡(luò)，并通過CytoNCA插件篩選核心靶標(biāo)。使用DAVID數(shù)據(jù)庫對(duì)交集靶標(biāo)進(jìn)行GO和KEGG通路富集分析。此外，從NCBI中GEO數(shù)據(jù)庫獲取GSE74530數(shù)據(jù)集，識(shí)別OSCC組織與正常對(duì)照組織之間的差異表達(dá)基因（DEGs），并與ATBC相關(guān)靶標(biāo)進(jìn)行交集分析。最后，利用AutoDock Vina進(jìn)行分子對(duì)接實(shí)驗(yàn)，模擬ATBC與核心靶標(biāo)的結(jié)合模式，并使用Gromacs軟件對(duì)蛋白-ATBC復(fù)合物進(jìn)行分子動(dòng)力學(xué)模擬，以評(píng)估結(jié)合的穩(wěn)定性和可靠性。

【研究結(jié)果】

n 毒理學(xué)分析

通過ProTox-3.0、ADMETlab3.0和ChemBlink數(shù)據(jù)庫對(duì)ATBC進(jìn)行毒理學(xué)評(píng)估，結(jié)果表明ATBC具有致癌性，且對(duì)皮膚和眼睛有顯著的刺激潛力，但對(duì)內(nèi)臟器官的毒性不明顯。

n ATBC誘導(dǎo)OSCC的潛在靶標(biāo)識(shí)別

從GeneCards、OMIM和TTD數(shù)據(jù)庫共收集到2018個(gè)潛在的OSCC相關(guān)靶標(biāo)，同時(shí)從ChEMBL、TargetNet、Swiss Target Prediction和STITCH數(shù)據(jù)庫以及相關(guān)文獻(xiàn)中確定了445個(gè)ATBC相關(guān)靶標(biāo)。通過Venn圖分析，發(fā)現(xiàn)107個(gè)共同靶基因，這些基因可能在ATBC與OSCC的相互作用中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

n PPI網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建與核心靶標(biāo)篩選

基于STRING數(shù)據(jù)庫構(gòu)建的PPI網(wǎng)絡(luò)包含106個(gè)節(jié)點(diǎn)和1483條邊。利用CytoNCA插件進(jìn)一步分析網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的拓?fù)涮卣?，篩選出22個(gè)核心靶標(biāo)，包括AKT1、MMP2、BRAF、HSP90AA1、CASP8、SIRT1、MAPK14、GSK3B、AR、CREBBP、MAPK1、ESR1、CASP3、BCL2、PPARG、MMP9、EGFR、ERBB2、MAPK3、PARP1、MDM2和NR3C1，這些蛋白在多種生物過程中發(fā)揮著重要作用，可能是ATBC誘導(dǎo)OSCC分子機(jī)制的關(guān)鍵調(diào)控因子。

n GO和KEGG通路富集分析

對(duì)107個(gè)潛在靶標(biāo)進(jìn)行GO富集分析，發(fā)現(xiàn)ATBC誘導(dǎo)的OSCC主要涉及蛋白磷酸化、RNA聚合酶II轉(zhuǎn)錄的正調(diào)控、細(xì)胞群體增殖的正調(diào)控、凋亡過程的負(fù)調(diào)控、基因表達(dá)調(diào)控和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)等生物過程，以及細(xì)胞質(zhì)、核質(zhì)、受體復(fù)合體、細(xì)胞核、染色質(zhì)和含蛋白復(fù)合體等細(xì)胞組分，同時(shí)還與核受體活性、蛋白結(jié)合、ATP結(jié)合和肽酶活性等分子功能密切相關(guān)。KEGG通路分析顯示，這些靶標(biāo)與癌癥信號(hào)通路、脂質(zhì)和動(dòng)脈粥樣硬化、化學(xué)致癌-受體激活以及PI3K-Akt信號(hào)通路等153條不同通路相關(guān)，表明ATBC對(duì)細(xì)胞信號(hào)網(wǎng)絡(luò)的廣泛影響。

n OSCC中的DEGs鑒定

對(duì)GSE74530數(shù)據(jù)集分析發(fā)現(xiàn)，與健康對(duì)照相比，OSCC患者中有1820個(gè)上調(diào)基因和685個(gè)下調(diào)基因。通過Venn分析，發(fā)現(xiàn)ATBC靶基因與GSE74530數(shù)據(jù)集中的DEGs之間存在50個(gè)重疊基因，其中MMP9、AR、MAPK3、MMP2、PARP1和ERBB2等基因在ATBC誘導(dǎo)的致癌機(jī)制中具有關(guān)鍵作用。

n 分子對(duì)接驗(yàn)證

對(duì)ATBC與基于度中心性排名前八的核心靶標(biāo)（AKT1、HSP90AA1、ESR1、CASP3、BCL2、PPARG、MMP9和EGFR）進(jìn)行分子對(duì)接分析，結(jié)果顯示這些核心蛋白均與ATBC具有較高的結(jié)合親和力，結(jié)合能分別為：MMP9（?7.1 kcal/mol）、HSP90AA1（?6.4 kcal/mol）、BCL2（?6.3 kcal/mol）、EGFR（?6.3 kcal/mol）、AKT1（?6.1 kcal/mol）、PPARG（?5.3 kcal/mol）、ESR1（?5.2 kcal/mol）和CASP3（?5.1 kcal/mol）。

n 蛋白-配體復(fù)合物的分子動(dòng)力學(xué)模擬

對(duì)EGFR-ATBC、HSP90AA1-ATBC和MMP9-ATBC復(fù)合物進(jìn)行分子動(dòng)力學(xué)模擬，結(jié)果顯示三個(gè)復(fù)合物均達(dá)到平衡狀態(tài)，其中HSP90AA1-ATBC復(fù)合物最為穩(wěn)定。RMSD值顯示蛋白復(fù)合物的RMSD一般在0.1-0.3nm之間，配體的RMSD在0.02-0.1nm之間，表明復(fù)合物內(nèi)結(jié)合緊密。RMSF分析顯示MMP9-ATBC和HSP90AA1-ATBC復(fù)合物整體波動(dòng)較小，RMSF值保持在1 nm以內(nèi)，而EGFR-ATBC復(fù)合物在大約750、870和1100位殘基處出現(xiàn)明顯峰值，提示這些區(qū)域的靈活性增加，可能有助于配體相互作用，促進(jìn)功能發(fā)揮。氫鍵數(shù)量變化分析表明，在三次獨(dú)立的分子動(dòng)力學(xué)模擬中，配體與三種蛋白之間形成的氫鍵數(shù)量在0-2個(gè)之間，其中MMP9與ATBC形成氫鍵的頻率高于其他兩種蛋白，暗示MMP9可能與ATBC形成更強(qiáng)或更穩(wěn)定的相互作用。吉布斯自由能景觀分析進(jìn)一步揭示了配體-受體相互作用的能量特性和構(gòu)象變化路徑，低能量的構(gòu)象狀態(tài)主要集中在藍(lán)色和綠色區(qū)域，代表穩(wěn)定構(gòu)象，而紅色區(qū)域?qū)?yīng)高能量狀態(tài)。ATBC與三個(gè)蛋白受體結(jié)合時(shí)，相應(yīng)的PC1值在0.0-0.3之間，與復(fù)合物的RMSD曲線相結(jié)合，進(jìn)一步證實(shí)了ATBC-蛋白質(zhì)受體結(jié)合的高穩(wěn)定性。結(jié)合自由能計(jì)算結(jié)果顯示，ATBC-EGFR復(fù)合物的結(jié)合自由能最低（?43.46 kcal/mol），其次是ATBC-HSP90AA1（?38.80 kcal/mol）和ATBC-MMP9（?35.50 kcal/mol），且總結(jié)合自由能為負(fù)值，表明ATBC與大分子的結(jié)合在熱力學(xué)上是有利的，疏水效應(yīng)和靜電相互作用是主要的驅(qū)動(dòng)力。

【研究結(jié)論】

本研究通過結(jié)合網(wǎng)絡(luò)毒理學(xué)、分子對(duì)接和分子動(dòng)力學(xué)模擬，為理解ATBC可能如何促進(jìn)OSCC的發(fā)展提供了機(jī)制上的認(rèn)識(shí)。研究揭示了ATBC的多方面生物相互作用，并確定了可能驅(qū)動(dòng)致癌過程的關(guān)鍵分子靶標(biāo)和通路。這些發(fā)現(xiàn)不僅加深了我們對(duì)ATBC毒理學(xué)特征的理解，還為環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供了關(guān)鍵證據(jù)，特別是在塑料增塑劑的廣泛應(yīng)用方面。未來的研究應(yīng)探討塑料增塑劑暴露與其他口腔病理學(xué)之間的關(guān)聯(lián)，如口腔白斑和口腔黏膜下纖維化，以增強(qiáng)對(duì)塑料增塑劑相關(guān)健康風(fēng)險(xiǎn)的全面評(píng)估，并指導(dǎo)政策決策，朝著更安全的環(huán)境方向發(fā)展。

Guo Y, Liu Y, Chen Y, Du S, Zheng Y, Wang L. The mechanisms of environmental pollutant acetyl tributyl citrate induced oral squamous cell carcinoma using network toxicology, molecular docking and molecular dynamics simulation. Int J Surg. 2025 Jul 24. doi: 10.1097/JS9.0000000000002967. Epub ahead of print. PMID: 40705527.