双酚A通过靶向CYP2C19破坏软骨稳态的网络毒理学与分子对接研究

《Naunyn-Schmiedeberg's Archives of Pharmacology》：Bisphenol A disrupts cartilage homeostasis through CYP2C19

本研究针对双酚A（BPA）诱发骨关节炎（OA）的分子机制尚不明确这一科学问题，采用网络毒理学与分子对接技术，发现BPA通过优先结合CYP2C19（结合能-7.3 kcal/mol），干扰细胞外基质（ECM）组织、激活NF-κB/MAPK信号通路并扰乱花生四烯酸代谢，从而破坏软骨稳态。该研究为理解环境污染物致OA的机制提供了新理论框架，对公共卫生政策制定具有重要启示。

　　

在现代生活中，双酚A（Bisphenol A, BPA）是一种无处不在的环境污染物，广泛存在于食品包装、医疗设备和电子产品中。作为典型的内分泌干扰物（EDC），BPA可通过饮食、皮肤接触和吸入等途径进入人体，与多种健康问题相关。近年来，流行病学研究发现BPA暴露与骨关节炎（Osteoarthritis, OA）的发病风险存在关联，但其具体的分子机制仍不清楚。OA作为一种常见的退行性关节疾病，严重影响患者的生活质量，目前缺乏有效的治疗手段。因此，探究BPA如何参与OA的发病过程，对于揭示环境因素在OA发生发展中的作用具有重要意义。

为了深入探究BPA与OA之间的关联，研究人员在《Naunyn-Schmiedeberg's Archives of Pharmacology》上发表了最新研究。该研究综合运用网络毒理学、分子对接和分子动力学模拟等计算方法，系统分析了BPA与OA相关靶点的相互作用。首先，通过多数据库整合筛选BPA和OA的潜在靶点，并构建蛋白质相互作用网络，识别关键核心基因；随后，利用AutoDock Vina进行分子对接，评估BPA与核心靶点的结合能力；最后，通过分子动力学模拟验证BPA与关键靶点结合的稳定性，并利用MM/PBSA方法计算结合自由能。

研究方法主要包括以下几个关键步骤：1. 通过网络毒理学方法从ProTox、ADMETlab等数据库预测BPA的毒性特征，并筛选BPA与OA的共同靶点；2. 利用STRING数据库和Cytoscape软件构建蛋白质相互作用网络，并通过拓扑分析识别核心靶点；3. 采用分子对接技术评估BPA与核心靶点的结合亲和力；4. 对结合最优的BPA-CYP2C19复合物进行100 ns的分子动力学模拟，分析其结构稳定性；5. 使用ProTox-3.0预测BPA的急性口服毒性。

研究结果如下：

靶点筛选与网络构建

通过多数据库整合，共筛选出233个BPA与OA的共同靶点。进一步构建蛋白质相互作用网络，并基于度中心性、介数中心性和接近中心性等拓扑参数，筛选出COL1A1、CYP2C19、ITGB1、PTGS2和TP53等5个核心靶点。

富集分析揭示关键通路

GO和KEGG富集分析表明，BPA主要通过干扰细胞外基质（ECM）组织、激活NF-κB和MAPK信号通路以及扰乱花生四烯酸代谢等途径参与OA的发病过程。这些通路与软骨降解、炎症反应和氧化应激等OA关键病理过程密切相关。

分子对接识别最优靶点

分子对接结果显示，BPA与CYP2C19的结合能最低（-7.3 kcal/mol），显著高于其与其他核心靶点的结合能力，甚至与OA治疗药物阿比特龙（-10.1 kcal/mol）相当。这表明CYP2C19是BPA最优先结合的靶点。

分子动力学模拟验证结合稳定性

对BPA-CYP2C19复合物进行100 ns的分子动力学模拟，结果显示该复合物在模拟过程中保持较高的结构稳定性，RMSD、Rg和SASA等参数波动较小。氢键分析表明BPA与CYP2C19之间存在持续的非共价相互作用，结合自由能计算进一步证实了其结合的稳定性。

BPA的急性毒性预测

利用ProTox-3.0预测BPA对大鼠的急性口服LD₅₀为4950 mg/kg，属于毒性等级5，表明其急性口服毒性相对较低。

研究结论与讨论部分指出，本研究首次通过计算毒理学方法系统揭示了BPA通过优先靶向CYP2C19破坏软骨稳态的分子机制。BPA与CYP2C19的强结合能力导致其代谢功能受阻，进而引发氧化应激和炎症反应，加速OA的进展。这一发现不仅为理解BPA的环境健康风险提供了新视角，也为开发针对CYP2C19的靶向治疗策略提供了理论依据。此外，研究结果对修订BPA的安全暴露限值和制定公共卫生政策具有重要参考价值。未来的研究应重点关注BPA在特定人群（如CYP2C19基因突变携带者）中的毒性效应，以及开发低毒性的BPA替代品。