《Chemico-Biological Interactions》：Polycyclic Aromatic Hydrocarbons-Induced suppression of the PPARα/ACAA1 Axis Drives Hepatic Steatosis: Integrating Epidemiology, Network Toxicology, and Experimental Validation
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本研究通过分析NHANES和PREBIC队列数据，发现PAHs暴露与非酒精性脂肪肝（NAFLD）发病率及肝脂质沉积显著相关，并利用网络毒理学、生物信息学及体内外实验揭示BaP通过抑制PPARα/ACAA1通路导致肝脂代谢紊乱，为环境病因提供新证据。
郝南翠|邹鹏|王洋|何世军|史金元|孙婷|王梦鸽|宋志勇|关汉妮|王彤|孙雷|陈青|刘金毅|邢玲|曹佳|林敖
中国教育部电磁辐射医学防护重点实验室，第三军医大学预防医学学院毒理学研究所，重庆400038
摘要
背景
非酒精性脂肪肝病（NAFLD）是一种常见的肝脏疾病，与慢性肝功能障碍和全身性代谢紊乱有关。多环芳烃（PAHs）是普遍存在且持久的环境污染物，与非酒精性脂肪肝病的发病机制有关。然而，PAH暴露与肝脂肪变性之间的潜在分子机制尚未完全阐明。
目的
本研究旨在明确PAH暴露与NAFLD之间的关联，并揭示PAH诱导的肝脂质代谢功能障碍的核心分子途径。
方法
利用2007-2016年全国健康与营养调查（NHANES）的数据进行了横断面分析，以研究尿液中PAH代谢物与NAFLD患病率、肝脂肪变性指数（HSI）和血清代谢指标之间的关联。随后在孕前生殖健康和出生结果队列（PREBIC）的参与者中验证了PAHs与代谢指标之间的关系。然后结合网络毒理学、生物信息学以及体内和体外模型，阐明了苯并[a]芘（BaP）这种典型PAHs驱动肝脂肪变性的分子途径。
结果
对NHANES数据的分析显示，PAH暴露与NAFLD发病率、肝脂肪变性指数（HSI）和血清甘油三酯（TG）水平之间存在显著正相关。在PREBIC队列中的验证一致证实了PAH暴露与TG水平升高的强相关性。升高的血清TG水平成为PAH诱导的肝脂肪变性的关键代谢指标。网络毒理学研究表明，PPARα是BaP导致脂质代谢紊乱的关键分子。整合生物信息学分析进一步发现，BaP与PPARα的结合抑制了下游基因ACAA1的表达。体内和体外实验证实，BaP抑制PPARα信号通路，损害过氧化物酶体功能和脂肪酸降解，从而导致肝脂质积累。
结论
PAH暴露与肝脂肪变性和血清TG水平升高有关，PPARα/ACAA1轴的抑制是BaP破坏肝脂质代谢的关键途径。本研究为NAFLD的环境病因提供了新的见解，并确定PPARα/ACAA1轴为PAH相关NAFLD的潜在治疗靶点。
引言
代谢性疾病已成为全球重要的公共卫生挑战，其患病率迅速增加，对健康的负担也日益严重。世界卫生组织（WHO）估计，2021年有1800万例过早死亡可归因于非传染性疾病，其中很大一部分与常见的代谢性疾病（如2型糖尿病（T2DM）、高血压、肥胖症以及最近的非酒精性脂肪肝病（NAFLD）有关[1]、[2]、[3]。由于NAFLD被认为是与代谢功能障碍相关的一系列疾病的肝脏表现，最近建议使用“代谢功能障碍相关脂肪变性肝病”（MASLD）这一术语[4]。NAFLD是一种常见的代谢性慢性肝病，其特征是肝细胞中甘油三酯过度积累，包括从单纯性脂肪肝到非酒精性脂肪性肝炎（NASH）等多种临床综合征[5]。值得注意的是，约20-30%的脂肪性肝炎患者会发展为肝纤维化、肝硬化甚至肝癌[6]、[7]、[8]。全球NAFLD的患病率在25.24%到32.4%之间，近年来呈持续上升趋势[9]、[10]。根据全球疾病、伤害和风险因素研究，2021年NAFLD导致的伤残调整生命年（DALYs）估计为367万，中国的相关负担尤为严重[11]。更严重的是，NAFLD已成为某些地区肝移植需求增长最快的原因，在美国和欧洲目前它是肝移植的第二大原因[12]、[13]、[14]。因此，彻底阐明NAFLD的病因和发病机制对于预防、诊断和治疗这些代谢性疾病至关重要，这对全球健康具有重大战略意义。
除了遗传、饮食和衰老等传统内源性因素外，普遍认为环境暴露在NAFLD等代谢性疾病的全球流行中起着关键作用。事实上，近年来代谢性疾病的增加与环境危害暴露风险的增加密切相关，其中大多数是环境内分泌干扰物（EEDs）[15]、[16]。越来越多的证据表明，EEDs在代谢性疾病（包括肥胖症和2型糖尿病[17]、[18]、[19]）的发病机制中起着重要作用。在这些化合物中，多环芳烃（PAHs）是一个典型的例子。PAHs因其环境持久性和在生物体内的生物累积而普遍存在于各种环境介质中，包括空气（尤其是PM2.5）、水、土壤和食物——这些都是人类暴露的主要途径[20]、[21]、[22]、[23]、[24]、[25]、[26]、[27]。PAHs暴露与激素信号传导的紊乱有关，导致与内分泌系统功能障碍和关键代谢途径受损相关的不良健康影响[28]、[29]。这对于肝脏等代谢活跃的器官尤为重要，因为肝脏在中间代谢中起着核心作用，因此极易受到这种紊乱的影响[30]。一些流行病学研究表明，PAHs暴露与NAFLD的发病率存在显著关联[31]、[32]、[33]。实验模型也显示某些PAHs会诱导肝脂肪变性[34]、[35]。然而，大多数现有的人群研究依赖于单一队列设计，这直接限制了结论的普遍性和可靠性。同时，个别PAH物种对肝脂质积累的相对贡献尚不清楚，环境相关PAH混合物的潜在联合效应也不明确。特别是，PAHs诱导肝脂肪变性的分子机制尚未完全阐明，尤其是关键调控靶点和下游信号通路的具体功能模式。
核受体，包括过氧化物酶体增殖活化受体（PPARs）和芳烃受体（AHR），是肝代谢的关键调节因子，也是NAFLD发病机制中EEDs的已知靶点[36]、[37]、[38]、[39]。例如，全氟烷基物质（PFAS）通过调节PPAR通路加速NAFLD的进展[40]、[41]，而二噁英通过AHR介导的氧化应激诱导肝毒性[42]、[43]。苯并[a]芘（BaP）是一种典型的PAHs，已被证明通过AHR依赖性诱导CYP酶[44]、[45]、直接靶向抗氧化蛋白（GPX4、SOD3）[47]以及调节PPARα/γ或雄激素受体（AR）[48]、[49]来破坏肝脂质代谢平衡。这些发现表明，BaP诱导的脂质代谢紊乱涉及多个靶点（AHR/PPARα/PPARγ/AR），尽管关键调控靶点和下游效应分子仍需进一步阐明。
网络毒理学结合转录组学和分子对接技术，通过结合化学-靶点相互作用网络、RNA-seq数据和结构验证，成为揭示复杂毒性机制的强大工具[50]、[51]、[52]、[53]。然而，很少有研究将这种系统的多组学方法应用于解析PAHs诱导的NAFLD，而且基于上述方法的大多数机制探索缺乏体内和体外实验来验证新的分子靶点。
为了解决这些问题，本研究利用NHANES数据库分析了PAH暴露与NAFLD和肝脂肪变性之间的关联。随后采用机器学习方法，确定了六个对NAFLD和肝脂肪变性贡献较大的血清指标。然后，在NHANES数据和PREBIC队列的两个群体中研究了PAHs与这些血清指标之间的关联，以确定PAH暴露是否干扰不同群体中的常见血清生物标志物。最后，本研究利用网络毒理学、转录组学、分子对接和体内/体外实验来探索BaP介导的肝脂质代谢异常的关键靶点和下游通路。本研究旨在阐明PAHs诱导肝代谢紊乱的内在机制，并为开发多靶点干预策略提供依据。
NHANES数据来源
我们首先分析了来自美国国家健康与营养调查（NHANES）的数据。NHANES是由疾病控制与预防中心的国家卫生统计中心（NCHS）管理的全国代表性监测项目，用于评估美国非机构化人群的健康和营养状况。NHANES方案采用复杂的分层多阶段概率设计，每两年收集一次数据，涉及约5000人
PAHs暴露与人类人群中的NAFLD风险或肝脂肪变性变化显著相关
为了研究PAHs暴露与NAFLD之间的关联，从NHANES队列中招募了2,024名符合纳入和排除标准的参与者（图1A）。研究人群的平均年龄为49.7岁，性别分布相对平衡（男性占48.12%，女性占51.88%，表1）。如表1所示，与没有NAFLD的个体相比，患有NAFLD的个体更可能是男性，且体重指数（BMI）更高
讨论
许多研究表明，PAHs暴露与NAFLD之间存在显著关联。然而，PAHs诱导的肝脂质代谢紊乱的具体分子机制仍不清楚。之前已有基于NHANES数据库的探索，例如吴等人使用2007-2016年五个周期的数据分析了PAHs暴露与肝脂肪变性之间的相关性[81]。与脂肪肝指数（FLI）相比，HSI提供了更
结论
通过使用多种统计方法（包括分位数逻辑回归、gWQS和BKMR）对NHANES（2007-2016）人群进行分析，我们发现PAHs暴露与NAFLD发病率之间存在显著正相关。PAHs暴露与NHANES参与者和PREBIC队列人群中的TG水平升高显著相关，这在不同人群中显示出生物学一致性。网络毒理学和生物信息学的整合将PPARα确定为关键
CRediT作者贡献声明
宋志勇：研究。王梦鸽：研究。孙雷：研究。王彤：研究。关汉妮：研究。何世军：研究。曹佳：写作-审稿与编辑、验证、监督、资源管理、项目协调、资金获取、概念构思。孙婷：研究。史金元：研究。刘金毅：研究。林敖：写作-审稿与编辑、验证、监督、资源管理、项目协调、研究、资金动物伦理声明
所有动物实验均按照NIH《实验室动物护理和使用指南》（第8版，2011年）进行，并得到了第三军医大学动物伦理委员会的批准（批准号AMUWEC2020653）。本研究严格遵循ARRIVE指南进行体内实验报告。基于人群研究的结果表明，PAHs与NAFLD风险之间的关联不存在性别差异
利益冲突声明
? 作者声明他们没有已知的可能会影响本文报告工作的竞争性财务利益或个人关系。
致谢
本工作得到了国家自然科学基金（编号：82073590）和创伤与化学中毒国家重点实验室开放项目（编号：2024K002）的支持。
