氧代多环芳烃暴露诱发炎症性肠病的分子机制：网络毒理学与实验验证研究

本研究针对环境污染物氧代多环芳烃（OPAHs）对炎症性肠病（IBD）的影响机制展开系统性研究。通过整合网络毒理学、机器学习算法、分子对接及体外实验，首次揭示OPAHs通过诱导氧化应激、破坏肠道屏障功能及调控AKT1/ALB/APP等核心靶点促进IBD发生发展的分子通路，为环境污染物相关健康风险预警和靶向干预策略提供了重要理论依据。

　　

在当今工业化快速发展的背景下，环境污染问题日益凸显，其中氧代多环芳烃（Oxygenated Polycyclic Aromatic Hydrocarbons, OPAHs）作为一类新兴环境污染物，广泛存在于大气、水体、土壤乃至食品中。这类物质不仅具有比其母体多环芳烃（PAHs）更强的毒性，还能通过氧化应激、炎症反应等机制对生物体造成多重健康威胁。尤其值得注意的是，炎症性肠病（Inflammatory Bowel Disease, IBD）——包括克罗恩病（Crohn’s Disease, CD）和溃疡性结肠炎（Ulcerative Colitis, UC）——作为一种慢性、易复发的消化道炎症性疾病，其发病与遗传、免疫、环境等多因素密切相关。近年来，越来越多的证据表明环境污染物可能是IBD的重要诱因之一，然而OPAHs与IBD发生之间的具体分子机制仍不明确。

在这一背景下，研究人员开展了一项综合性研究，旨在系统揭示OPAHs暴露对IBD发生的影响及其潜在机制。该研究不仅运用了网络毒理学和生物信息学分析方法，还结合机器学习、分子对接及体外细胞实验，从多角度验证了OPAHs通过调控关键基因与信号通路参与IBD的发病过程。研究成果已在环境与健康领域权威期刊《Ecotoxicology and Environmental Safety》上发表。

为开展本研究，作者主要采用了以下几项关键技术方法：首先通过公共数据库（包括PubChem、Swiss Target Prediction、GeneCards、OMIM、DisGeNET等）获取OPAHs作用靶点与IBD相关基因，利用STRING和Cytoscape构建蛋白质相互作用网络并筛选核心靶点；运用LASSO回归和随机森林（Random Forest）机器学习算法进一步识别关键基因；借助分子对接技术（AutoDock Vina）分析OPAHs与核心靶点的结合能力；基于GEO数据库中的转录组数据（GSE11223）和单细胞RNA测序数据（GSE214695）进行免疫浸润和细胞通讯分析；最后通过体外细胞实验（包括CCK-8法、ROS检测、RT-qPCR等）在人结肠上皮细胞系HCoEpiC和NCM460中验证OPAHs对氧化应激和肠道屏障相关基因的影响。

3.1. OPAHs的理化性质与毒性评估

通过ADMETlab 3.0平台对五种典型OPAHs（包括BA-7,12-D、1,8-NA、9-FLO、9,10-ATQ和1,4-NQ）及两种母体PAHs（BaP和DBA）进行毒性评估。结果显示，OPAHs具有比母体PAHs更强的器官特异性毒性（如致癌性、肝毒性等）和更好的生物利用度，logS、logD_7.4和logP值均符合小分子药物的理想范围，提示其更易被人体吸收并可能造成健康风险。

3.2. 构建PPI网络与筛选潜在靶点

从多个数据库中筛选出458个OPAHs相关靶点与4833个IBD相关靶点，取交集后获得324个共同基因。进一步通过蛋白互作（PPI）网络分析，结合Cytoscape中的CytoHubba和MCODE插件，筛选出15个潜在关键靶点，包括AKT1、ALB、APP等。

3.3. 功能富集分析

GO和KEGG富集分析表明，这些靶点主要参与氧化应激反应、细胞凋亡、炎症反应、免疫调节等生物学过程，以及PI3K-Akt、HIF-1、NF-κB等信号通路，提示OPAHs可能通过这些途径影响IBD的发生与发展。

3.4. 机器学习识别核心靶点及其诊断效能

利用LASSO回归和随机森林算法，从15个潜在靶点中进一步筛选出三个最核心的基因：AKT1、ALB和APP。ROC曲线分析显示，这三个基因在区分UC患者与正常样本中具有较高的诊断价值（AUC值均大于0.65），表明它们作为IBD生物标志物的潜力。

3.5. 核心靶点与免疫景观的相关性

通过多种免疫细胞浸润算法（ESTIMATE、MCP-counter、EPIC、TIMER）分析发现，AKT1、ALB和APP与多种免疫细胞（如T细胞、B细胞、树突状细胞等）及炎症因子（如TNF、IL6、IL1B等）显著相关，说明这些基因在IBD免疫微环境调控中发挥重要作用。

3.6. 单细胞RNA测序分析

基于scRNA-seq数据（GSE214695），发现APP、AKT1和ALB主要在上皮细胞、内皮细胞和成纤维细胞中高表达。进一步细胞通讯分析显示，这些细胞类型在AUC高分群中具有更强的相互作用，提示OPAHs可能通过这些细胞影响IBD的病理进程。

3.7. OPAHs与核心靶点的分子对接

分子对接结果表明，五种OPAHs与AKT1、ALB、APP均能形成稳定的结合构象，结合能均低于-5 kcal/mol，其中BA-7,12-D与ALB的结合能最低（-9.0 kcal/mol）。氢键、π-π堆积等分子相互作用进一步支持了其结合稳定性。

3.8. OPAHs诱发细胞内ROS生成并破坏肠道屏障

体外实验显示，在最大非细胞毒性浓度下，五种OPAHs均能显著提升人结肠上皮细胞中ROS水平，并下调紧密连接蛋白（如claudin-1、ZO-1、occludin）和粘附连接蛋白（E-cadherin）的表达，表明OPAHs通过破坏肠道屏障完整性促进IBD发展。

4. 讨论与结论

本研究首次通过多维度策略系统阐明了OPAHs作为环境污染物诱发IBD的分子机制。研究发现，OPAHs可通过诱导氧化应激、激活炎症信号通路、破坏肠道上皮屏障以及调控AKT1、ALB、APP等核心靶点，从而促进IBD的发生与发展。这些结果不仅深化了对环境污染与疾病关联的理解，也为IBD的早期诊断提供了潜在生物标志物，为后续靶向药物开发和个体化治疗策略奠定基础。

然而，本研究仍存在一定局限性，例如依赖生物信息学预测和体外实验，未进行动物体内验证；数据来源和算法差异可能对结果产生影响。未来需结合流行病学调查和体内实验进一步验证OPAHs对IBD的实际影响。总体而言，该研究为揭示环境污染物与慢性炎症性疾病之间的关系提供了重要视角，对公共健康防护和政策制定具有积极意义。