基于网络毒理学和分子对接探究 DINCH 诱导肝毒性机制及实验验证

【字体: 时间:2025年05月20日 来源:Ecotoxicology and Environmental Safety 6.2

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  邻苯二甲酸酯类化合物毒性争议显著,其替代品 DINCH 的潜在风险受关注。研究人员通过多数据库及实验,探究 DINCH 肝毒性机制,发现其通过上调 TNF、TP53、PPARG 加剧肝损伤,为相关毒性防治提供科学依据。

  塑料增塑剂的安全性长期以来备受关注。传统邻苯二甲酸酯类化合物因具有内分泌干扰、潜在致癌性等毒性引发广泛争议,而被视为 “环保替代品” 的环己烷 - 1,2 - 二羧酸二异壬酯(DINCH),虽被宣传为毒性更低、更易环境降解,但其在消费品和工业材料中的广泛使用,导致其在空气和人体尿液中的检测频率显著上升。德国环境标本库数据显示,其代谢物 MINCH 在青年人群中的检出率从 2006 年的 6.7% 飙升至 2012 年的 98.3%,几乎普遍存在于人体中。尽管当前代谢物浓度较低,但已有研究发现 DINCH 及其代谢物对细胞具有毒性,可诱导脂肪细胞分化、引发炎症反应,可能与肥胖、代谢综合征等相关。然而,针对 DINCH 肝毒性的机制研究却极为有限,肝脏作为人体主要解毒器官,其损伤可能引发多器官功能障碍,因此深入探究 DINCH 对肝脏的潜在危害机制,对评估其环境与健康风险至关重要。
为填补这一研究空白,相关研究人员开展了系统研究,旨在揭示 DINCH 诱导肝毒性的潜在机制,研究成果发表在《Ecotoxicology and Environmental Safety》。

研究人员综合运用网络毒理学、分子对接、分子动力学模拟及细胞实验等技术手段。首先通过 ADMETlab 3.0 平台预测 DINCH 的肝毒性和致癌性,随后从多个数据库收集 DINCH 潜在肝毒性相关基因,构建基因网络,通过蛋白质 - 蛋白质相互作用(PPI)、基因本体论(GO)富集和京都基因与基因组百科全书(KEGG)通路分析,筛选关键靶点和通路。利用癌症基因组图谱(TCGA)肝癌数据库和基因表达综合数据库(GEO)的非酒精性脂肪性肝炎(NASH)数据集验证关键基因表达,并通过分子对接和动力学模拟分析 DINCH 与核心靶点的结合能力,最后通过 AML12 细胞实验验证关键基因的表达变化。

3.1 初步 DINCH 毒性网络评估


通过 SwissADME 平台分析,DINCH 分子量为 424.36 g/mol,符合 “五规则” 中口服活性化合物的分子重量要求,但其脂水分配系数(miLogP)为 5,高于阈值,提示高脂溶性可能影响体内吸收分布。ADMETlab 3.0 预测显示,DINCH 的肝毒性概率为 0.594,致癌性概率为 0.606,存在中高风险,表明其潜在健康威胁不容忽视。

3.2 潜在肝毒性靶点筛选


整合多个数据库资源,筛选出 125 个 DINCH 潜在分子靶点。结合肝疾病相关关键词,从 Gene Cards 等数据库获取 3909 个肝毒性相关靶点,与 DINCH 靶点交集得到 80 个共同靶点,提示这些靶点可能是 DINCH 诱导肝毒性的关键分子。

3.3 PPI 网络构建与核心靶点识别


通过 STRING 数据库构建 PPI 网络,包含 80 个节点和 661 条相互作用边。经拓扑分析,筛选出 35 个核心靶点,其中肿瘤坏死因子(TNF,度值 49)、肿瘤蛋白 53(TP53,度值 48)和过氧化物酶体增殖物激活受体 γ(PPARG,度值 46)位居前三,被确定为核心基因。

3.4 GO 和 KEGG 通路分析


GO 分析显示,共同靶点主要富集于细胞核、细胞质等细胞组分,涉及蛋白质结合、DNA 结合转录因子活性等分子功能,参与 RNA 聚合酶 II 介导的转录正调控等生物过程。KEGG 通路分析表明,DINCH 主要影响癌症通路(hsa05200)、化学致癌作用 - 受体激活(hsa05207)和脂质与动脉粥样硬化(hsa05417)等,提示其通过多通路诱导肝毒性。

3.5 化合物 - 靶点 - 通路网络构建


构建的复合网络显示,DINCH 通过 TNF、TP53、PPARG 等核心靶点作用于上述关键通路,其中 TP53 和 PPARG 在三条通路中均起关键作用,TNF 在受体激活和脂质代谢通路中显著参与,揭示了 DINCH 影响肝脏功能的复杂网络机制。

3.6-3.7 数据库验证核心基因表达


TCGA 数据库分析显示,在肝细胞癌(HCC)组织中,TP53 和 PPARG 表达显著上调,TNF 表达无显著差异但在特定亚型或阶段可能发挥作用。GEO 数据库的 NASH 模型显示,PPARG 和 TNF 在轻度至晚期 NASH 中均上调,TP53 仅在晚期 CDAHFD 诱导模型中表达增加,提示不同基因在肝疾病进展中的动态作用。

3.8-3.9 分子对接与动力学模拟


分子对接显示,DINCH 与 TNF、TP53、PPARG 的结合能分别为 - 6.5 kcal/mol、-4.9 kcal/mol、-6.6 kcal/mol,表明强结合能力,其中与 PPARG 结合最紧密。分子动力学模拟显示,复合物均达到稳定平衡,根均方偏差(RMSD)、回转半径(Rg)等参数波动小,氢键相互作用稳定,进一步验证了结合的稳定性和有效性。

3.10 细胞实验验证


CCK-8 实验表明,DINCH 浓度≥2000 μM 时对 AML12 细胞产生显著细胞毒性,选择 0-100 μM 安全浓度进行后续实验。RT-qPCR 和 Western blotting 显示,随 DINCH 浓度升高,TNF、TP53、PPARG 的 mRNA 和蛋白表达均上调,且下游靶点 p21 表达增加,证实 DINCH 通过激活这些核心基因诱导肝细胞损伤。

本研究通过多学科整合研究,系统揭示了 DINCH 诱导肝毒性的机制:DINCH 通过与 TNF、TP53、PPARG 等核心靶点紧密结合,激活癌症、化学致癌、脂质代谢等关键通路,导致肝细胞炎症、凋亡和代谢紊乱,从而引发肝毒性。研究结果不仅为 DINCH 的安全性评估提供了关键科学依据,也为开发针对其毒性的干预策略提供了潜在分子靶点,对保障公众健康和生态环境安全具有重要意义。同时,研究强调了对 “环保替代” 化学物质进行全面毒理学评估的必要性,呼吁加强对其在消费品中的使用监管,以防范潜在健康风险。

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