PET微塑料通过AKT1/PIK3CD/PIM1轴调控代谢-脂质-动脉硬化通路促进肺纤维化的网络毒理学与多组学研究

本研究针对环境中广泛存在的PET微塑料(PET-MPs)可能加剧特发性肺纤维化(IPF)的机制空白，通过整合网络毒理学、孟德尔随机化(MR)和单细胞测序技术，首次揭示PET-MPs通过AKT1/PIK3CD/PIM1核心靶点调控代谢-脂质-动脉硬化通路促进IPF的分子机制，为环境污染物毒性评估提供了创新研究范式。

　　

随着塑料制品的广泛使用，环境中微塑料污染已成为全球性健康威胁。其中聚对苯二甲酸乙二醇酯微塑料(PET-MPs)因在饮用水瓶、食品包装中的广泛应用备受关注。更令人担忧的是，这些直径小于5微米的颗粒可通过呼吸系统进入人体，在肺组织中长期蓄积。近年研究发现，微塑料暴露与肺部炎症、氧化应激密切相关，但其与特发性肺纤维化(IPF)这种致命性肺病的关联仍属未知。IPF作为进行性、不可逆的间质性肺病，患者中位生存期仅3-5年，而全球发病率正以每年11%的速度攀升。面对传统研究难以揭示环境污染物与慢性疾病关联的困境，Zhao Wenfei团队在《Ecotoxicology and Environmental Safety》发表创新研究，首次系统阐明PET-MPs通过特定分子靶点促进IPF的机制。

研究采用网络毒理学预测PET-MPs毒性靶点，结合GEO数据库的IPF转录组数据筛选交叉基因；通过STRING构建蛋白质互作网络，CytoHubba鉴定核心靶点；运用孟德尔随机化(MR)验证基因与IPF的因果关系；采用AutoDock Vina和GROMACS进行分子对接与动力学模拟；最后通过单细胞测序(GSE128033数据集)定位靶基因的细胞特异性表达。

3.1 毒性预测

ProTox 3.0分析显示PET-MPs具有呼吸系统、神经系统等多器官毒性，主要作用于乙酰胆碱酯酶(AChE)和卡因酸受体(KAR)等靶点，提示其可能通过干扰这些靶点引发肺组织损伤。

3.2 IPF相关靶点鉴定

从SwissTargetPrediction和ChEMBL数据库获得120个PET-MPs潜在靶点，与GSE110147数据集中的IPF差异基因取交集，得到81个关键基因。主成分分析(PCA)显示IPF组与健康组存在显著差异，这些交叉基因在后续分析中显示出显著的 pathway 富集。

3.3 功能富集分析

GO分析揭示PET-MPs主要影响细胞色素P450代谢、外源性物质代谢等生物过程；KEGG显示脂质代谢、动脉硬化和C型凝集素受体信号通路显著富集，提示代谢重编程可能是PET-MPs促纤维化的核心机制。

3.4 PPI网络与核心基因

蛋白质互作网络鉴定出AKT1、PIK3CD和PIM1为三大核心靶点。MR分析证实AKT1是IPF风险因子(OR=1.0007)，而PIK3CD(OR=0.997)和PIM1(OR=0.9994)具有保护作用，且不存在异质性和多效性干扰。

3.5 分子对接分析

分子对接显示PET-MPs与三个靶蛋白结合能均<-5.0 kcal/mol：与AKT1通过GLN43等残基形成范德华力，与PIK3CD的CYS815形成氢键，与PIM1的GLU121产生强相互作用，证实结合稳定性。

3.6 分子动力学模拟

100 ns模拟显示复合物均方根偏差(RMSD)<5.2?，半径回转(Rg)和溶剂可及表面积(SASA)波动微小，氢键数量稳定，证实PET-MPs-靶蛋白复合物在生理环境下保持稳定构象。

3.7 单细胞测序定位

单细胞分析揭示PIK3CD主要在CD8⁺T细胞表达(IPF组显著降低)，AKT1富集于肺泡II型(AT2)细胞，PIM1在成纤维细胞中表达下降，表明这些细胞亚群是PET-MPs作用的关键靶点。

该研究创新性地构建了"环境污染物-分子靶点-细胞特异性-疾病表型"的全景机制图谱：PET-MPs通过稳定结合AKT1/PIK3CD/PIM1，扰乱代谢-脂质-动脉硬化通路，在AT2和CD8⁺T细胞中触发级联反应，最终导致IPF进展。特别值得注意的是，研究首次发现PIK3CD在CD8⁺T细胞中的保护性作用可能通过增强抗纤维化细胞因子(如IFN-γ)实现，而AKT1通过PI3K/AKT/mTOR/PFKFB3轴驱动肺成纤维细胞糖酵解重编程，为代谢干预提供新靶点。

尽管存在依赖公共数据库、缺乏动物实验验证等局限，但研究开创性地将网络毒理学与多组学技术结合，突破传统毒理学研究范式。从公共卫生角度，该成果为制定空气中PET-MPs暴露标准、开发针对性抑制剂(如AKT1拮抗剂)提供理论依据，同时警示需要加强塑料制品监管和替代品研发。未来研究可进一步探索PET-MPs在不同粒径、表面修饰条件下的毒性差异，以及其在肺纤维化早期诊断标志物开发中的应用价值。