苏丹红II/IV通过AKR1D1相互作用诱导肝致癌的计算机与实验研究——基于台湾辣椒酱污染事件的启示

本研究针对苏丹红染料（Sudan I-IV）的肝致癌机制展开多学科交叉研究，通过AlphaFold2结构预测、分子对接和动力学模拟揭示Sudan II/IV与关键酶AKR1D1的稳定结合可竞争性抑制胆汁酸代谢，细胞实验证实其促肝癌效应。该研究为食品非法添加剂的风险评估提供新靶点，对完善食品安全监管具有重要价值。

　　

近年来，台湾地区曝光的辣椒酱违法添加苏丹红染料事件引发公众对食品安全的高度关注。这类本应用于工业染料的合成偶氮化合物，因其鲜艳色泽被不法商贩添加到食品中，但其潜在的致癌风险长期缺乏系统研究。尤其令人担忧的是，苏丹红染料的代谢产物可能通过多种途径诱发肝癌，但具体分子机制始终未能阐明。

针对这一科学难题，国内研究团队在《Ecotoxicology and Environmental Safety》发表重要成果。研究创新性地采用计算生物学与实验验证相结合的策略，首次揭示Sudan II和IV通过特异性靶向肝脏代谢酶AKR1D1（醛酮还原酶家族1成员D1）诱发肝癌的新机制。研究团队运用AlphaFold2蛋白质结构预测技术构建AKR1D1三维模型，通过分子对接筛选出375个潜在靶点，结合基因表达数据库分析锁定AKR1D1为关键靶标。采用100纳秒分子动力学模拟验证结合稳定性，并利用HepG2肝癌细胞模型进行功能验证。

研究方法上，研究通过Schr?dinger软件优化染料三维结构，基于GeneCards和GEPIA2数据库筛选肝癌相关靶点。采用AutoDock Vina进行单/多配体分子对接，Desmond软件进行NPT系综分子动力学模拟，结合MMGBSA计算结合自由能。细胞实验采用CCK-8法检测染料对HepG2和THLE-2细胞的增殖影响。

研究结果部分：
3.1节通过反向对接和通路富集分析发现，四种苏丹红染料共同影响的40个靶点中，AKR1D1和SRD5A2与肝癌患者生存率显著相关。GO分析显示这些靶点主要富集在丝氨酸/苏氨酸激酶活性等信号通路。

3.2节分子对接显示Sudan II/IV与AKR1D1结合能分别达-10.05和-11.84 kcal/mol，关键结合残基为Tyr²¹⁹和Trp²³⁰。而Sudan III结合稳定性较差，提示其可能存在其他致癌途径。

3.3节100ns分子动力学模拟证实，Sudan II/IV- AKR1D1复合物的配体RMSD值稳定在2?以内，显著优于S5A2复合物。水桥相互作用分析揭示Sudan II/IV持续占据AKR1D1催化口袋。

3.4节竞争性结合实验表明，Sudan II/IV能将辅酶NADP和底物HEPES排挤至催化口袋边缘，其中Sudan IV的位移效应最显著（配体RMSD<1.5?）。

3.5节点突变验证发现，Tyr²¹⁹Ala/Trp²³⁰Ala双突变使Sudan II结合自由能增加5.8 kcal/mol，证实这两个残基对稳定结合的关键作用。

3.6节细胞实验证实，0.1μM Sudan II/IV即可促进HepG2增殖（增幅18.7%-22.3%），而Sudan III需10μM才显现促增殖效应，与计算结果高度一致。

讨论部分指出，该研究突破传统认为苏丹红仅通过CYP1A1代谢产生活性中间体的认知，首次阐明其直接抑制AKR1D1酶活性的新致癌机制。AKR1D1作为胆汁酸合成的限速酶，其抑制可能导致有毒中间体积累，创造促癌微环境。研究建议将AKR1D1结合稳定性作为评估苏丹红衍生物风险的新指标，并为开发特异性解毒剂提供分子基础。

这项研究的意义在于：一方面为食品安全监管提供科学依据，建议重点监控高风险的Sudan II/IV；另一方面开创性地将计算毒理学应用于食品污染物机制研究，为评估其他非法添加物的健康风险建立方法论范式。未来研究可拓展至动物模型，验证AKR1D1抑制与胆汁酸代谢紊乱的直接关联。