双酚A通过PTGS2/HSP90AA1/KEAP1调控网络促进口腔鳞癌的多维机制研究

《BMC Pharmacology and Toxicology》：Mechanisms of Bisphenol A exposure on oral squamous cell carcinoma: a multidimensional network analysis

本研究针对双酚A(BPA)从牙科材料中析出可能诱发口腔鳞状细胞癌(OSCC)的机制空白，通过整合网络毒理学、分子对接、分子动力学模拟和单细胞测序技术，首次发现BPA通过稳定结合PTGS2(-7.6 kcal/mol)、HSP90AA1(-6.7 kcal/mol)和KEAP1(-7.6 kcal/mol)三个核心靶点，干扰神经活性配体-受体相互作用通路，从而促进OSCC发生发展。该研究为牙科材料生物安全性再评估提供了理论依据，并为化学物致癌风险评估建立了多维度研究方法范式。

　　

当你在牙科诊所接受树脂填充治疗时，可能从未想过这些看似安全的材料正在悄悄释放一种名为双酚A(BPA)的化学物质。这种广泛应用于聚碳酸酯塑料和环氧树脂的化合物，近年来因其内分泌干扰特性备受关注。更令人担忧的是，牙科复合树脂中含有的BPA衍生物（如Bis-GMA、Bis-EMA等）会通过四种主要机制持续释放BPA：残余单体溶出、酯键水解、唾液酯酶降解以及咀嚼过程中的机械化学磨损。尽管大多数研究中BPA浓度在7天内达到峰值后迅速下降，但含有Bis-GMA的复合树脂在260天后仍能以0.25-0.48 ng·g^-1的速率持续释放BPA，形成长期暴露风险。

口腔鳞状细胞癌(OSCC)作为头颈部最常见的恶性肿瘤，其治疗一直面临严峻挑战。目前标准治疗方案包括手术、放疗和系统治疗的三联疗法，新兴的核酸类药物如抗miRNA策略虽展现出潜力，但对高侵袭性亚型（如快速进展性舌癌）的临床反应率仍然有限。在这种背景下，从源头上干预致癌因素显得尤为重要。已有研究表明BPA可通过诱导氧化应激、抑制抗氧化酶、激活炎症通路导致DNA损伤和表观遗传重编程，从而诱发多种癌症。但BPA与OSCC之间的直接关联证据尚不充分，其致癌潜力及在OSCC发病机制中的作用亟待系统探索。

为解决这一科学问题，黄靖文等研究人员在《BMC Pharmacology and Toxicology》发表了题为"Mechanisms of Bisphenol A exposure on oral squamous cell carcinoma: a multidimensional network analysis"的研究论文。该研究创新性地整合了网络毒理学、分子对接、分子动力学模拟和单细胞RNA测序等多项前沿技术，构建了BPA诱导OSCC的多维度调控网络。

研究人员首先通过瑞士靶点预测、相似性集成方法、DrugBank、治疗靶点数据库和ChEMBL五个平台收集BPA的分子靶点，同时从GEO数据库的GSE13601数据集（舌鳞癌表达谱）筛选OSCC相关差异表达基因。Venny分析获得68个交集靶点后，利用STRING数据库构建蛋白质-蛋白质相互作用(PPI)网络，并通过Cytoscape的CytoHubba插件采用Degree、EPC、MCC和MNC四种算法识别核心基因。进一步通过DAVID数据库进行GO功能注释和KEGG通路富集分析，采用AutoDockTools进行分子对接验证结合能力，运用GROMACS 2022.3进行100纳秒分子动力学模拟评估结合稳定性，最后基于GSE172577单细胞测序数据集解析核心靶点在OSCC肿瘤微环境中的细胞特异性分布。

网络毒理学分析揭示BPA作用于OSCC的核心靶点

研究共鉴定出277个BPA相关靶点与4,088个OSCC差异表达基因，Venny分析显示68个共同靶点。PPI网络分析发现这些靶点显著富集于神经活性配体-受体相互作用、嘌呤代谢、代谢通路、氮代谢和钙信号通路等关键通路。通过四种算法交叉验证，最终确定8个核心基因：TNF（肿瘤坏死因子）、PPARG（过氧化物酶体增殖物激活受体γ）、PTGS2（前列腺素内过氧化物合酶2）、HSP90AA1（热休克蛋白90α家族A类成员1）、APP（淀粉样前体蛋白）、IGF1R（胰岛素样生长因子1受体）、CTSB（组织蛋白酶B）和KEAP1（Kelch样ECH关联蛋白1）。

分子对接验证BPA与核心靶点的结合能力

分子对接结果显示，BPA与6个核心靶点均能形成稳定复合物，其中与PTGS2和KEAP1的结合能最强（-7.6 kcal/mol），其次为IGF1R（-6.9 kcal/mol）、HSP90AA1（-6.7 kcal/mol）、TNF（-6.2 kcal/mol）和PPARG（-5.9 kcal/mol）。对接构象表明BPA的双酚基团与靶蛋白通过氢键形成特异性结合，为后续动力学模拟提供了理论基础。

分子动力学模拟证实BPA-靶蛋白复合物的稳定性

对PTGS2、HSP90AA1和KEAP1与BPA的复合物进行100纳秒分子动力学模拟，均方根偏差(RMSD)分析表明三个复合物分别在20纳秒（0.21纳米）、30纳秒（0.30纳米）和10纳秒内达到平衡（0.27纳米）。回转半径(Rg)和溶剂可及表面积(SASA)值保持稳定，氢键数量在模拟过程中持续存在（PTGS2-BPA复合物0-5个，HSP90AA1-BPA复合物0-4个，KEAP1-BPA复合物0-3个）。均方根涨落(RMSF)分析识别出关键柔性区域，吉布斯自由能谱和主成分分析进一步证实了复合物构象的稳定性。特别值得注意的是，KEAP1-BPA复合物存在两个可能稳定状态间的频繁转换，提示BPA可能通过扰动KEAP1构象影响其功能。

单细胞测序解析核心靶点在OSCC微环境中的分布

基于GSE172577单细胞测序数据的分析显示，PTGS2在巨噬细胞中表达尤为突出，HSP90AA1在T细胞中高表达，而KEAP1主要表达于上皮细胞。这种细胞特异性分布模式揭示了BPA可能通过作用于肿瘤微环境中不同细胞群落的特定靶点，协同促进OSCC进展。PTGS2高表达的肿瘤相关巨噬细胞(TAMs)在OSCC微环境中富集，暗示BPA可能通过增强前列腺素E2信号通路促进早期癌前上皮细胞的克隆扩增。

研究结论与讨论部分指出，BPA可能通过稳定结合PTGS2、HSP90AA1和KEAP1三个核心靶点，干扰神经活性配体-受体相互作用信号通路，从而促进OSCC发生。PTGS2结合可能稳定其催化活性构象，增强前列腺素E2信号通路，建立正反馈炎症循环驱动早期癌变；HSP90AA1结合可能扰动其客户蛋白稳态，间接调节OSCC行为；KEAP1结合引起的构象扰动可能促进Nrf2核转位，激活抗氧化反应元件(ARE)驱动基因转录，增强肿瘤细胞化疗抵抗。

该研究的创新之处在于首次通过多维度分析方法系统揭示了BPA诱导OSCC的分子机制，为牙科材料生物安全性评估提供了新的理论依据。然而，研究仍存在一定局限性，如缺乏人群流行病学证据支持BPA暴露与OSCC的因果关系，所用转录组数据均来源于舌鳞癌（TSCC），可能无法完全代表其他口腔部位鳞癌的分子特征。未来需要整合多部位肿瘤样本，或建立前瞻性队列标准化BPA暴露评估，以验证当前发现对整体OSCC谱系的普适性。

综上所述，这项研究不仅证实了BPA作为OSCC风险因素的潜在作用，更重要的是建立了一套评估化学物致癌风险的多维度研究范式，为后续相关研究提供了方法学参考。随着牙科材料中BPA衍生物的广泛使用，这项研究结果对临床实践和公共卫生政策制定具有重要启示意义，呼吁对牙科材料中BPA释放标准进行重新评估，并加强对长期暴露人群的监测与防护。