基于网络毒理学与化学生物信息学探讨毛蕊异黄酮缓解邻苯二甲酸二乙酯暴露致认知损伤的作用机制

《Brain Research Bulletin》：Analysis of the toxicological effects of Calycosin to alleviate diethyl phthalate exposure on cognitive impairment by Network toxicology and Chemical bioinformatics

本研究针对环境污染物DEP（邻苯二甲酸二乙酯）神经毒性机制不清的问题，通过整合网络毒理学、分子对接和机器学习方法，系统阐明了DEP通过PLCG1等靶点诱导认知障碍的分子通路，并从黄芪中筛选出毛蕊异黄酮（Calycosin）作为潜在神经保护剂。分子动力学模拟和体外实验证实其能稳定结合PLCG1并促进PC12细胞增殖，为DEP神经毒性防治提供了新策略。

　　

在现代社会，塑料制品已成为日常生活中不可或缺的一部分，但其中含有的塑化剂可能悄悄侵蚀着我们的大脑健康。邻苯二甲酸二乙酯（DEP）作为一种广泛用于化妆品、食品包装材料的合成塑化剂，虽然赋予了产品更好的柔韧性，但其潜在的神经毒性却鲜为人知。随着认知障碍疾病发病率的持续攀升，环境污染物对神经系统的影响日益受到关注。然而，DEP是否会导致认知功能下降？其背后的分子机制是什么？能否从传统中药中找到对抗其神经毒性的天然成分？这些问题成为摆在研究人员面前的重要科学难题。

为了解开这些谜团，甘肃中医药大学的研究团队在《Brain Research Bulletin》上发表了一项创新性研究，他们巧妙地将网络毒理学、化学生物信息学和实验验证相结合，系统揭示了DEP诱导认知障碍的分子机制，并从黄芪中成功筛选出具有神经保护潜力的活性成分毛蕊异黄酮。

研究人员采用多学科交叉的研究策略，主要关键技术包括：通过网络毒学分析预测DEP的毒性特征和潜在靶点；运用分子对接技术筛选与关键靶点PLCG1结合的活性化合物；构建随机森林机器学习模型对化合物进行效能预测；采用分子动力学模拟评估蛋白质-配体复合物的结合稳定性；最后通过PC12细胞实验进行体外验证。

2.1. DEP诱导认知障碍潜在靶点的网络毒理学分析

研究人员通过CompTox化学品数据库分析发现DEP具有明显的环境生物累积倾向。毒性终点预测显示DEP暴露会导致血脑屏障损伤，这与认知障碍密切相关。研究共获得837个DEP相关靶点和4387个认知障碍相关靶点，通过维恩图分析筛选出477个DEP诱导认知障碍的潜在靶点。

2.2. DEP诱导认知障碍靶点的功能富集分析

对477个重叠靶基因进行富集分析发现，这些靶点在生物学过程中显著富集于免疫反应调节、细胞分化和DNA损伤修复；在细胞组分中主要位于突触后致密区、早期内体膜结构和受体复合物；在分子功能上显著关联ATP结合活性、RNA聚合酶II特异性转录调控和蛋白磷酸化修饰。KEGG通路分析显示靶蛋白高度富集于mTOR信号、吞噬体形成和PI3K-AKT相关通路。

2.3. 黄芪治疗DEP诱导认知障碍潜在靶点的网络药理学分析

研究人员获得83个黄芪有效成分和705个相关靶点，与DEP诱导认知障碍靶点取交集后得到87个治疗靶点。功能富集分析显示治疗靶点显著参与RNA聚合酶II介导的转录调控、细胞分化和DNA损伤反应等生物学过程，主要定位于质膜、细胞外囊泡和突触等细胞组分。

2.5. 潜在治疗靶点的筛选

通过MCODE网络分析发现PLCG1、MAPK3等14个关键靶点与DEP的结合能均小于-5 kcal/mol，表明DEP能与这些靶点稳定结合。其中PLCG1通过调节DAG-PKC和IP3-Ca²⁺信号增强突触可塑性和神经递质稳态，因此被选为核心靶点进行深入研究。

2.6. PLCG1的靶向分子对接

研究人员对PLCG1（PDB ID：7NXE）进行分子对接，发现毛蕊异黄酮等17种化合物的对接得分均低于-5 kcal/mol，表明它们与靶蛋白具有较强的结合亲和力。

2.7. 随机森林模型筛选阳性化合物

研究团队通过系统文献挖掘建立了认知障碍化合物数据库，包含141个阳性化合物和77个阴性化合物。构建的随机森林模型AUC值达到0.926，表明模型具有较好的预测性能。通过该模型对分子对接结果进行筛选，成功识别出潜在有效化合物。

2.8. 靶向PLCG1的潜在活性化合物虚拟筛选

设定了PLCG1筛选的对接得分阈值为<-5 kcal/mol，毛蕊异黄酮成为主要候选治疗化合物。结构分析显示，毛蕊异黄酮的羟基与PLCG1的ILE-712形成氢键，其羰基氧与ARG-675和ARG-716残基产生双重氢键相互作用。

2.9. 分子动力学模拟与结合自由能评估

50 ns的分子动力学模拟显示，PLCG1-毛蕊异黄酮复合物系统的RMSD值在运行10 ns后趋于稳定，最终收敛至约2 ?，表明系统达到平衡状态。相互作用分析发现毛蕊异黄酮与PLCG1的ARG 687和GLY 710残基形成持续时间达50%的氢键相互作用，与ILE 712残基存在较强的疏水作用力。

2.10. 潜在化合物对PC12细胞活力的影响

采用Protox3.0计算平台预测毛蕊异黄酮无神经毒性潜力。体外实验显示，毛蕊异黄酮在测试剂量下无细胞毒性，且呈现剂量和时间依赖性的增殖促进作用：10 μg/mL浓度在24小时显著增强PC12细胞增殖，5 μg/mL浓度在48小时产生类似效果。

研究结论表明，DEP可能通过PLD、Hippo和mTOR信号通路诱导认知障碍，其中PLCG1是关键的分子靶点。从黄芪中筛选出的毛蕊异黄酮能够稳定结合PLCG1，并通过调节相关信号通路发挥神经保护作用。该研究不仅阐明了DEP的神经毒性机制，还为认知障碍的防治提供了新的候选药物。

在讨论部分，研究人员指出DEP作为一种广泛存在的环境污染物，其迁移性和安全性阈值评估亟待加强。虽然DEHP（另一种邻苯二甲酸酯）受到严格限制，但DEP尚未被明确禁止，建议孕妇、婴幼儿等易感人群尽量选择无邻苯二甲酸酯产品。本研究首次通过整合计算生物学和实验验证的方法，系统揭示了DEP与认知障碍的关联机制，为环境毒理学研究提供了新的范式。

这项研究的创新之处在于建立了认知障碍化合物数据库和随机森林预测模型，为药物虚拟筛选提供了方法学基础。未来研究将通过体内外认知障碍模型进一步验证化合物的有效性，并开展大规模流行病学研究追踪DEP暴露与认知障碍发病率的动态关联。总之，该研究为理解环境污染物与神经退行性疾病的关系提供了重要见解，也为中药现代化研究提供了成功案例。