谷胱甘肽还原酶在阿斯巴甜相关肝细胞癌中的作用：分子网络与预后研究新视角

《Toxicology Letters》：Evaluating the Role of Glutathione Reductase in Aspartame-Induced Liver Hepatocellular Carcinoma: A Molecular Network and Prognostic Approach

本研究旨在阐明阿斯巴甜相关肝细胞癌（LIHC）的分子机制，研究人员通过整合网络毒理学与孟德尔随机化方法，识别出谷胱甘肽还原酶（GSR）为关键靶点。研究发现GSR在LIHC肿瘤组织中高表达，与不良预后相关，并通过调控糖酵解关键酶活性促进肿瘤细胞增殖。分子动力学模拟证实阿斯巴甜与GSR具有稳定结合能力。该研究揭示了GSR在阿斯巴甜诱导的代谢重编程中的核心作用，为LIHC的靶向干预提供了新思路。

　　

人工甜味剂阿斯巴甜作为蔗糖的替代品广泛应用于食品和饮料中，然而其潜在的健康风险一直是科学界和公众关注的焦点。2023年，国际癌症研究机构（IARC）将阿斯巴甜归类为2B类致癌物（可能对人类致癌），但其具体的致癌机制尚不明确。特别是阿斯巴甜与肝细胞癌（LIHC）之间的关联，虽然有一些流行病学研究表明人工甜味饮料的摄入与LIHC风险存在正相关，但由于混杂因素较多，确切的因果关系仍未建立。阿斯巴甜在体内代谢为苯丙氨酸、天冬氨酸和甲醇，甲醇进一步氧化生成甲醛和甲酸，这些代谢产物可能通过诱导氧化应激、破坏脂质稳态和引发炎症反应等多种机制参与肝癌的发生发展。然而，在分子水平上，阿斯巴甜如何影响肝细胞的生物学过程，以及其中涉及的关键分子靶点和信号通路，仍有待系统阐明。

为了深入探究阿斯巴甜与LIHC之间的分子联系，来自兰卡斯特大学的研究团队在《Toxicology Letters》上发表了一项研究，综合运用网络毒理学、孟德尔随机化、生物信息学分析、分子动力学模拟和细胞实验等多种技术手段，揭示了谷胱甘肽还原酶（GSR）在阿斯巴甜相关LIHC中的关键作用。

研究人员采用了几项关键的技术方法：通过网络毒理学方法（整合CTD、SwissTargetPrediction和STITCH数据库）预测阿斯巴甜的潜在作用靶点；利用孟德尔随机化分析（基于DeCODE数据库的cis-pQTL数据和FinnGen联盟R12版的LIHC GWAS汇总数据）筛选与LIHC发病风险有潜在因果关系的可成药基因；通过TCGA和GTEx等公共数据库进行GSR的表达谱、预后分析和基因组变异分析；运用分子对接（AutoDock Vina）和分子动力学模拟（GROMACS）研究阿斯巴甜与GSR蛋白的相互作用；并利用人肝癌Huh7细胞系进行体外实验（包括CCK-8增殖实验和qRT-PCR），验证GSR在调控糖酵解和细胞增殖中的功能。

3.1. GSR是阿斯巴甜相关LIHC的潜在分子靶点

通过整合网络毒理学和孟德尔随机化分析，研究人员从279个阿斯巴甜潜在靶点与60个LIHC相关基因中，发现只有一个共同基因——谷胱甘肽还原酶（GSR）。阿斯巴甜的分子结构及其在ProTox数据库中的毒性预测为其后续机制研究提供了基础。细胞实验表明，0.1 mM的阿斯巴甜对Huh7细胞增殖有显著促进作用。

3.2. GSR的功能分析

KEGG和GO富集分析显示，GSR相关基因显著富集于能量代谢通路，特别是脂质代谢和糖酵解。蛋白质相互作用网络（STRING和BioGRID）进一步证实GSR与能量和脂质代谢相关蛋白存在广泛相互作用。

3.3. GSR的基因表达分析

基于人类蛋白质图谱（HPA）数据库的分析表明，GSR在多种人体组织中均有表达，在肝脏中尤其富集于库普弗细胞。单细胞转录组分析揭示了GSR在肝、胃、食管组织中以细胞类型特异性方式表达，提示其可能在免疫调节和上皮稳态中发挥作用。

3.4. GSR在LIHC中的表达及其与预后的相关性

TIMER2.0和BEST数据库分析显示，GSR在LIHC肿瘤组织中的表达显著高于正常组织，且其表达水平与肿瘤分级、HCV感染状态、吸烟史和索拉非尼使用等临床特征相关。生存分析（Kaplan-Meier Plotter）表明，GSR高表达与LIHC患者的总生存期（OS）和无复发生存期（RFS）缩短显著相关。

3.5. 遗传变异分析数据

cBioPortal数据库分析显示，GSR基因在LIHC中的变异频率约为6%，主要表现为深度缺失。TISIDB分析表明，GSR的拷贝数变异（CNV）与多种免疫相关基因的表达显著相关，提示其可能影响肿瘤免疫微环境。

3.6. 阿斯巴甜与GSR结合的分子动力学模拟

分子对接显示阿斯巴甜与GSR（PDB ID: 1BWC）具有较好的结合亲和力（-7.304 kcal/mol）。为期100纳秒的分子动力学模拟表明，阿斯巴甜-GSR复合物在RMSD、RMSF、Rg等指标上表现出良好的稳定性，其结合自由能（-43.6934 kJ/mol）甚至略优于GSR与共晶配体的结合（-41.721 kJ/mol），氢键数量也更多，提示两者结合稳定。

3.7. GSR通过调控糖酵解调节肿瘤细胞增殖

细胞实验验证了GSR的功能。qPCR结果显示，0.1 mM阿斯巴甜处理可显著上调Huh7细胞中GSR的表达，而GSR特异性siRNA可有效逆转这一效应。CCK-8实验证实，敲低GSR能抑制Huh7细胞的增殖。进一步对糖酵解关键酶（HK2、PFKP、PKM）的检测发现，阿斯巴甜能上调这些酶的mRNA表达，而敲低GSR则抑制了这种上调效应，表明GSR在阿斯巴甜诱导的糖酵解活化中起着关键作用。

研究结论与讨论部分归纳指出，这项研究首次通过系统生物学方法将GSR确定为阿斯巴甜与LIHC关联中的核心分子靶点。研究揭示了GSR在LIHC发生发展中的双重角色：在孟德尔随机化分析中，GSR表达增高显示为LIHC的保护因素（OR = 0.463），提示在癌前阶段，较低的GSR活性可能导致活性氧（ROS）累积，增加DNA损伤和LIHC风险；而在TCGA-LIHC队列中，肿瘤组织GSR高表达则与不良预后相关，表明肿瘤细胞可能通过上调GSR等抗氧化机制来适应氧化应激，维持利于生存的ROS水平，从而促进肿瘤进展。功能上，GSR通过调控糖酵解关键酶（HK2、PFKP、PKM）影响肿瘤细胞的代谢重编程（瓦博格效应）。分子模拟为阿斯巴甜与GSR的直接相互作用提供了结构基础。这些发现不仅为理解阿斯巴甜的潜在肝致癌性提供了新的分子见解，也提示GSR可能成为阿斯巴甜相关LIHC的一个有前景的生物标志物和治疗靶点。研究者也指出了本研究的局限性，例如体外实验直接使用阿斯巴甜而非其代谢物，以及效应是否特异于肿瘤细胞等，为未来研究指明了方向。