轮胎抗氧化剂6PPD及其醌衍生物通过PTEN-PI3K/AKT信号轴与ARG2代谢重编程促进非小细胞肺癌进展的机制研究

【编辑推荐】本研究首次揭示轮胎抗氧化剂6PPD及其醌衍生物6PPDQ通过干扰PTEN功能、激活PI3K/AKT通路及ARG2介导的代谢重编程，显著促进非小细胞肺癌(NSCLC)细胞增殖与迁移。采用单细胞代谢组学技术，团队发现环境相关浓度(10-1000 ng/L)的6PPD/6PPDQ可破坏氨基酸代谢、TCA循环等关键通路，为污染相关肺癌风险提供分子证据，对修订环境安全阈值具有重要警示意义。

　　

在现代城市环境中，轮胎磨损产生的化学污染物正成为隐形健康威胁。N-(1,3-二甲基丁基)-N'-苯基对苯二胺(6PPD)作为轮胎橡胶常用抗氧化剂，其氧化产物6PPD醌(6PPDQ)因导致银鲑急性死亡事件而引发关注。这两种化合物已广泛分布于大气颗粒物(0.54-13.8 pg/m³)、道路灰尘(最高8.55 μg/g)甚至人体尿液(6PPDQ达2910 ng/L)，但对其致癌潜力知之甚少。非小细胞肺癌(NSCLC)占肺癌病例85%，与空气污染密切关联，然而6PPD/6PPDQ是否参与NSCLC进展仍是未解之谜。

针对这一科学盲区，国家自然科学基金资助的研究团队开展突破性探索。研究人员发现，环境相关浓度(78.1-5000 ng/L)的6PPD/6PPDQ可显著增强A549和H1299细胞的增殖迁移能力。通过单细胞电喷雾电离质谱(ESI-MS)技术，首次绘制出暴露细胞的代谢特征谱：氨基酸代谢紊乱、三羧酸循环(TCA)异常和核苷酸合成亢进。机制解析表明，污染物直接结合PTEN蛋白C2结构域关键残基，使其磷酸酶活性降低43.7%，导致PI3K/AKT/mTOR通路持续激活。异常活化的AKT进一步上调精氨酸酶2(ARG2)表达，驱动代谢重编程为癌细胞提供增殖动力。

关键实验技术
研究采用标签游离单细胞质谱平台实时监测代谢变化；通过分子对接模拟6PPD/6PPDQ与PTEN的相互作用；利用CRISPR-Cas9构建PTEN敲除细胞验证功能缺失效应；采用Transwell和划痕实验量化细胞迁移能力；通过Seahorse能量分析仪检测代谢表型转变。

6PPD/6PPDQ促进NSCLC细胞增殖和迁移
浓度梯度实验显示，78.1 ng/L以上剂量即可显著刺激A549细胞增殖(p<0.01)，迁移能力提升2.3倍。细胞周期分析证实G₁/S期转换加速，cyclin D1表达量增加187%。

PTEN-PI3K/AKT信号轴调控机制
分子动力学模拟揭示6PPDQ与PTEN的Lys128、Asp124形成氢键，使膜结合能力下降。Western blot显示AKT^Ser473磷酸化水平升高3.1倍，下游mTORC1活性同步增强。

ARG2介导的代谢重编程
单细胞代谢组发现α-酮戊二酸含量降低62%，而尿素循环中间体升高4.8倍。基因沉默实验证实ARG2敲除可逆转6PPDQ诱导的迁移表型(p<0.001)。

讨论与意义
该研究首次建立轮胎磨损污染物与肺癌进展的分子联系：① 阐明6PPD/6PPDQ通过"PTEN失活→PI3K/AKT超活化→ARG2上调"级联反应驱动癌变；② 发现污染物特异性干扰C2域的空间构象，为靶向干预提供新位点；③ 单细胞代谢图谱揭示TCA循环断裂与核苷酸合成亢进的共现特征。鉴于6PPDQ在东京道路尘中浓度高达4,226 ng/g，研究呼吁重新评估轮胎添加剂的环境标准，并为开发PTEN稳定剂等新型防污策略奠定理论基础。论文发表于《Journal of Hazardous Materials》，为环境致癌物风险评估树立了方法学范式。