阻燃剂暴露与超重及肥胖风险关联：基于横断面研究、网络毒理学与实验证据的机制解析

《Journal of Hazardous Materials Advances》：Association of flame retardants exposure with overweight and obesity risk: mechanistic insights from cross-sectional findings, network toxicology, and experimental evidence

　　

：阻燃剂（flame retardants, FRs）暴露与超重及肥胖（overweight and obesity, OV/OB）风险的关联：来自横断面研究、网络毒理学与实验证据的机制解析。研究发现：OV/OB个体尿液中双（2-氯乙基）磷酸酯（bis(2-chloroethyl) phosphate, BCEtP）浓度升高；在6种检测的FRs中，磷酸三（2-氯乙基）酯（tris(2-chloroethyl) phosphate, TCEP）是诱导OV/OB的主要组分；多种FRs之间存在不同程度的交互作用；过氧化物酶体增殖物激活受体γ（peroxisome proliferator-activated receptor gamma, PPARG）和肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor, TNF）被鉴定为FRs诱导OV/OB的潜在中介靶点；体外实验验证了TCEP诱导的脂质过度沉积。研究人员采用整合生物信息学分析与体外细胞实验的策略，基于美国国家健康与营养调查（National Health and Nutrition Examination Survey, NHANES）2011-2018年4个连续调查周期的数据，建立了4种流行病学模型评估单一FR组分及FR混合物的健康效应，并通过网络毒理学分析与体外细胞实验探讨了FRs诱导OV/OB的潜在分子机制及细胞间影响。该研究阐明了诱导OV/OB的重要FR组分及其潜在靶点，为环境健康风险评估和环境标准制定提供了科学依据。

论文解读

一、研究背景与问题提出

肥胖被世界卫生组织（World Health Organization, WHO）定义为一种慢性复发性疾病，已成为全球重大公共卫生危机，影响全球超过10亿人口。两项发表于《柳叶刀》（The Lancet）的全球疾病负担（Global Burden of Disease, GBD）研究显示，2021年全球肥胖患病率较1990年男性增长155.1%，女性增长104.9%，儿童青少年肥胖患病率在1990年至2021年间增长了三倍。若当前趋势持续，预计到2050年超重和肥胖成人数量将达到38亿，占预期全球成人人口的一半以上。超重和肥胖（overweight and obesity, OV/OB）被定义为对健康构成风险的异常或过量脂肪堆积，其通过促进慢性炎症、异常激素反应和免疫调节受损驱动系统性代谢紊乱，是糖尿病、高血压、心血管疾病（cardiovascular disease, CVD）、肾脏疾病、慢性呼吸系统疾病及多种癌症的主要危险因素。

OV/OB的病因涉及遗传易感性、神经内分泌调节、社会经济地位、生活方式行为和环境暴露等多方面因素。近年来，越来越多的研究关注环境污染物与人类健康的关联，阻燃剂（flame retardants, FRs）作为一类环境污染物，已被证实与生殖健康问题、甲状腺功能改变、儿童神经行为和发育结局以及血脂异常相关。FRs广泛应用于建筑和交通等多个领域，已在多种环境介质中被广泛检出。研究报道全球多个城市大气中FRs含量较高，部分FRs甚至已到达北极地区，表明FRs具有长距离传播能力。FRs还频繁在饮用水源和土壤中被检出，具有环境持久性和蓄积潜力。有机磷阻燃剂（organophosphorus flame retardants, OPFRs）在人类尿液样本中的检出率超过90%，在母乳和血液中也有广泛存在。

在各类不良健康结局中，OV/OB近年来显示出与FRs暴露的潜在关联。一项涵盖5087名孕妇及其后代的研究显示，妊娠期暴露于相关OPFRs与儿童中期OV/OB风险增加相关。溴化阻燃剂（brominated flame retardants, BFRs）混合物暴露也被发现与腹型肥胖的发生呈正相关。近期研究还显示，高剂量特定FR暴露的成年雄性ICR小鼠体重增加。相关纵向面板研究、中介分析和细胞实验表明，FRs暴露可能通过诱导胰岛素抵抗、线粒体呼吸和氧化应激导致脂质代谢紊乱和OV/OB的发生。然而，现有FRs诱导OV/OB的研究证据主要依赖相关性证据，诱导OV/OB的主要FR组分及其潜在分子机制仍不明确。鉴于FRs对人类的重要环境暴露和潜在健康影响，阐明FRs在OV/OB发生中的作用具有重要的公共卫生意义。

二、研究内容与结论

本研究采用整合生物信息学分析与体外细胞实验的系统策略，利用NHANES代表性队列数据建立4种流行病学模型，评估单一FR组分和FR混合物对OV/OB的健康效应。研究通过网络毒理学分析和体外细胞实验探讨了FRs诱导OV/OB的潜在分子机制和细胞间影响。研究发现，OV/OB个体尿液中BCEtP浓度显著升高，且BCEtP浓度与OV/OB呈显著正相关。多变量逻辑回归分析显示，BCEtP浓度在所有3种模型中均与OV/OB风险显著正相关，限制性立方样条（restricted cubic spline, RCS）分析进一步证实了剂量-反应关系。定量g计算（quantile g-computation, qgcomp）和贝叶斯核机器回归（Bayesian kernel machine regression, BKMR）混合物模型分析显示，TCEP是所检FRs中诱导OV/OB的主要贡献组分。网络毒理学分析鉴定出PPARG和TNF为FRs诱导OV/OB的潜在中介靶点，分子对接和分子动力学模拟验证了TCEP和BCEtP与关键靶点的结合能力。体外细胞实验证实TCEP可诱导HepG2细胞脂质过度沉积和甘油三酯浓度升高。该研究阐明了诱导OV/OB的重要FR组分及其潜在靶点，为环境健康风险评估和环境标准制定提供了科学依据。

三、关键技术方法

研究人员采用以下主要技术方法开展研究：基于NHANES 2011-2018年4个连续调查周期数据（最终纳入2404名参与者）进行横断面流行病学分析，采用多变量逻辑回归和RCS函数评估单一FR代谢物浓度与OV/OB发生的关联，采用qgcomp和BKMR模型探讨FR混合物对OV/OB发生的效应；通过网络毒理学分析从5个数据库获取TCEP、BCEtP和OV/OB的人源靶基因，构建蛋白质-蛋白质相互作用（protein-protein interaction, PPI）网络并鉴定hub基因，进行基因本体论（Gene Ontology, GO）富集分析和Reactome通路富集分析；采用AutoDockTools和PyMOL软件进行分子对接研究，采用GROMACS 2022.2软件进行分子动力学模拟验证结合能力；采用人肝癌细胞系HepG2进行体外细胞实验，包括细胞计数试剂盒-8（cell counting kit-8, CCK8）实验评估细胞毒性、尼罗红染色实验检测脂质代谢变化、甘油三酯（triglyceride, TG）浓度测定实验评估脂质代谢影响。

四、研究结果

1. 1.
   OV/OB个体尿液中BCEtP浓度升高

研究最终纳入2011-2018年4个连续调查周期的2404名参与者。健康亚组和OV/OB亚组的平均年龄存在显著差异，分别为33岁和39岁。与伴侣同住和睡眠困难的比例在OV/OB亚组中显著更高。BCEtP、DBuP、DPhP和TBBA的尿浓度在两组间存在显著差异，其中仅BCEtP在OV/OB亚组中显示尿浓度升高（p=0.005）。Spearman相关分析显示尿BCEtP浓度与OV/OB呈显著正相关（r=0.050, p=0.027）。

1. 2.
   尿中高浓度BCEtP显著升高OV/OB风险

研究构建了3种具有不同协变量调整的多变量逻辑回归模型。仅尿BCEtP浓度在所有3种模型中均显示与OV/OB显著正相关（Model 1: OR=1.16, p=0.005; Model 2: OR=1.23, p<0.001; Model 3: OR=1.21, p=0.001）。尿BCEtP浓度每增加2.781倍，OV/OB风险在Model 1、Model 2和Model 3中分别增加16%、23%和21%。RCS函数结果显示，当log转换值达到-6.632 μg/10 mg肌酐时，尿BCEtP浓度增加与OV/OB风险增加显著相关（p<0.001）。

1. 3.
   TCEP是所检FRs中诱导OV/OB的重要贡献组分

qgcomp模型显示，FR混合物总体效应与OV/OB发生呈轻微正相关（ψ=0.071, OR=1.07, p=0.986）。FR代谢物BCEtP和BDCPP在OV/OB风险评估中显示正暴露权重（BCEtP: 61.1%, BDCPP: 38.9%），其他FR代谢物显示负权重。BKMR模型进一步分析确认了TCEP作为重要贡献组分的地位。

1. 4.
   网络毒理学鉴定PPARG和TNF为潜在中介靶点

通过多数据库整合策略鉴定FRs与OV/OB的重叠靶基因，构建PPI网络并鉴定hub基因。GO富集分析和Reactome通路富集分析确定了FRs诱导OV/OB的分子通路和表型。PPARG和TNF被鉴定为FRs诱导OV/OB的潜在中介靶点。

1. 5.
   分子对接和分子动力学模拟验证结合能力

分子对接研究探讨了鉴定出的hub基因与已知参考配体及FRs（TCEP和BCEtP）的相互作用。分子动力学模拟验证了TCEP和BCEtP与所选hub靶点的结合能力，分析了RMSD、RMSF、氢键、回旋半径、溶剂可及表面积和自由能景观等参数。

1. 6.
   体外实验证实TCEP诱导脂质过度沉积

CCK8实验评估了TCEP的细胞毒性。尼罗红染色实验显示，经油酸和棕榈酸诱导高脂模型后，TCEP处理的HepG2细胞脂质沉积增加。TG浓度测定实验进一步证实TCEP暴露导致HepG2细胞甘油三酯浓度升高，表明TCEP可诱导脂质代谢紊乱。

五、讨论与结论

本研究通过整合流行病学分析、网络毒理学分析和体外细胞实验，系统阐明了FRs暴露与OV/OB发生的关联及其潜在分子机制。研究发现尿BCEtP浓度升高与OV/OB风险增加显著相关，TCEP是所检FRs中诱导OV/OB的主要组分，PPARG和TNF是FRs诱导OV/OB的潜在中介靶点，体外实验证实TCEP可诱导HepG2细胞脂质过度沉积。该研究明确了诱导OV/OB的重要FR组分及其潜在靶点，为环境健康风险评估和环境标准制定提供了科学依据，具有重要的公共卫生学意义。