环境镉暴露通过DHX34介导肺癌进展的分子毒理学机制：从人群证据到功能验证

本研究针对环境镉(Cd)暴露与肺癌死亡风险关联机制不明的关键问题，通过整合meta分析、生物信息学、孟德尔随机化(MR)和多层次实验验证，首次揭示Cd2+与RNA解旋酶DHX34特异性结合并上调其表达，进而促进肺癌细胞增殖、迁移和肿瘤生长的分子机制。该研究为重金属致癌的分子毒理学提供了新证据，为肺癌防治提供了潜在靶点。

　　

肺癌是全球癌症相关死亡的首要原因，2022年新发病例达250万，死亡病例180万，给全球公共卫生带来沉重负担。尽管烟草烟雾、空气污染等环境因素被确认为肺癌的主要风险因素，但重金属镉(cadmium, Cd)作为国际癌症研究机构(IARC)认定的1类致癌物，其通过何种分子机制驱动肺癌发生发展仍不明确。长期镉暴露在职业人群和污染区居民中极为常见，但关于镉暴露与癌症死亡率（特别是肺癌死亡率）的系统研究仍较为有限，这限制了对镉致癌风险的全面评估和有效干预策略的制定。

为了填补这一研究空白，来自兰州大学基础医学院循证医学中心的研究团队在《Ecotoxicology and Environmental Safety》上发表了一项综合性研究。研究人员采用多层次证据整合的策略，首先通过meta分析量化镉暴露与死亡风险的关联，进而结合生物信息学、孟德尔随机化(Mendelian Randomization, MR)、分子对接、分子动力学模拟以及体外体内功能实验，深入探究了镉暴露促进肺癌进展的分子机制。

研究主要采用了以下关键技术方法：1）对EMBASE、PubMed等数据库的队列研究进行meta分析，评估镉暴露与死亡风险的关联；2）整合GEO数据库中的镉暴露数据集GSE165549和TCGA的肺腺癌数据，筛选差异表达基因(DEGs)；3）使用LASSO回归和孟德尔随机化分析识别关键因果基因；4）通过AutoDock Vina和GROMACS进行分子对接和动力学模拟，验证Cd²⁺与靶蛋白的结合；5）利用体外细胞模型（A549、NCI-H1975细胞系）和体内裸鼠皮下移植瘤模型，通过qRT-PCR、Western blot、CCK-8、Transwell等技术验证基因功能。

3.1. Meta-analysis results

研究人员首先对12项研究（包含15篇出版物）进行了meta分析。结果显示，长期镉暴露显著增加全因死亡风险（总人群RR=1.49，男性RR=1.67，女性RR=1.91），癌症死亡风险（总人群RR=1.59，男性RR=1.49）和肺癌死亡风险（RR=1.86）。值得注意的是，镉暴露对癌症死亡风险的影响存在性别差异，在男性中更为显著，这可能与男性更高的职业暴露和吸烟率有关。

3.2. Identification of differentially expressed genes associated with Cd exposure

通过整合GSE165549（镉暴露数据集）和TCGA肺腺癌数据，研究人员筛选出36个镉相关的差异表达基因。这些基因显著富集于细胞周期(cell cycle)、DNA复制(DNA replication)等肿瘤相关通路。进一步筛选出16个表达趋势一致的基因，其中DHX34、NMRAL1、SPATS2等基因在镉暴露和肺癌样本中均上调表达。LASSO回归最终确定了11个与预后相关的关键基因，包括P4HB、SLC39A8、DKC1、NEK7、NMRAL1、WWC3、MTIF2、LIFR、ARHGAP23、SPATS2和DHX34。

3.3. Causal association analysis between differentially expressed genes and lung cancer

孟德尔随机化分析发现，基因预测的DHX34高表达与肺癌风险增加显著相关（IVW RR=1.070），而SLC39A8高表达与风险降低相关（IVW RR=0.907）。TCGA数据验证显示DHX34在肺癌组织中显著上调，而SLC39A8下调。生存分析进一步表明，DHX34高表达与肺腺癌患者较短的总生存期(OS)和无进展生存期(PFS)显著相关。

3.4. Molecular docking and kinetic simulation

分子对接结果显示，Cd²⁺与DHX34蛋白具有强结合亲和力（结合自由能为-5.34 kcal/mol），关键结合位点包括SER-933、GLU-934和ASP-932。分子动力学模拟表明，Cd²⁺-DHX34复合物在模拟生理条件下保持高度稳定性。

3.5. DHX34 mediates Cd-induced malignant phenotypes in lung cancer cells in vitro

体外实验发现，镉处理（CdCl₂）显著上调A549和H1975细胞中DHX34的表达。功能实验表明，CdCl₂促进肺癌细胞增殖、迁移和侵袭，抑制凋亡，而敲低DHX34则逆转这些效应。值得注意的是，CdCl₂处理能够部分回补DHX34敲低带来的抑制效应，证明DHX34在镉诱导的肺癌恶性表型中起关键介导作用。

3.6. DHX34 mediates Cd-induced tumor growth in vivo

在裸鼠移植瘤模型中，CdCl₂处理显著促进肿瘤生长和重量增加，而敲低DHX34则抑制肿瘤生长。CdCl₂处理同样能够部分逆转DHX34敲低对肿瘤生长的抑制。免疫组化分析显示，CdCl₂处理增强肿瘤细胞增殖活性（Ki-67染色），而这一效应在DHX34敲低后减弱。肿瘤组织中DHX34的mRNA和蛋白水平在CdCl₂处理后均显著上调。

本研究通过多层次证据链，首次揭示环境镉暴露通过上调DHX34表达促进肺癌进展的分子机制。Meta分析证实了镉暴露与肺癌死亡风险的显著关联，特别是男性人群中的高风险。机制研究表明，Cd²⁺与DHX34蛋白直接结合并稳定其表达，进而驱动肺癌细胞增殖、迁移和肿瘤生长。这些发现不仅深化了对重金属致癌机制的理解，也为肺癌的预防和靶向治疗提供了新的分子靶点——DHX34可能作为镉暴露相关肺癌的风险分层生物标志物和潜在治疗靶点。研究强调需要加强对镉污染的控制和职业暴露防护，特别是针对高风险人群的监测和干预措施。