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中文标题
人肾近端小管上皮细胞中转录组与表型轮廓对靶标注释参考化学品的机制性危害评估:高通量转录组(HTTr)与Cell Painting PLUS(CPP)的系统比对
《Archives of Toxicology》:Systematic assessment of transcriptomic and phenotypic biological profiling for mechanism-based hazard assessment using target-annotated reference chemicals in renal proximal tubular epithelial cells
编辑推荐:
将高通量体外数据整合至下一代风险评估(NGRA)流程,需要能够获得定量效价估计且具机制可解释生物学信号的筛查策略。转录组学与形态学轮廓分析正日益被用于早期危害识别,以对物质进行分流并优先筛选可能构成实际风险的候选物。研究人员利用313种具高置信度靶标注释的参考
将高通量体外数据整合至下一代风险评估(NGRA)流程,需要能够获得定量效价估计且具机制可解释生物学信号的筛查策略。转录组学与形态学轮廓分析正日益被用于早期危害识别,以对物质进行分流并优先筛选可能构成实际风险的候选物。研究人员利用313种具高置信度靶标注释的参考化学品,在人永生化肾近端小管上皮细胞(RPTEC/TERT1)中,系统表征高通量转录组(HTTr)与Cell Painting PLUS(CPP)生物活性轮廓对靶标相关生物学信号的还原能力。经质量控制与生物活性过滤后,142种参考化学品覆盖66个不同靶标,以7点浓度-响应设计同步开展HTTr与CPP评价;HTTr基于TXG-MAPr进行基因共表达网络活动定性/定量分析。结果显示:HTTr对高表达靶标及同通路化合物(如EGFR/MEK、PI3K/AKT/mTOR)表现出更强转录一致性;CPP虽灵敏度高,但主要反映细胞器水平扰动,机制分组信息有限。研究支持HTTr与CPP作为体外证据权重框架下的互补早期层析检测,其中HTTr在作用模式(MoA)推断中具有更高分辨率。
论文解读:人源肾细胞系统中多模态高通量谱学对机制性危害识别的互补价值
研究背景与立项依据
在传统依赖动物实验的化学品安全评价难以应对大规模筛查需求的背景下,下一代风险评估(NGRA)强调以新方法论(NAMs)替代或补充动物测试。早期危害识别环节亟需既能给出定量起点(POD)又具备机制解释力的高通量检测。高通量转录组(HTTr)可捕捉基因网络级扰动,Cell Painting PLUS(CPP)可捕获多细胞器形态表型,但二者在具明确靶标注释的参考化学品集合中、于同一人源器官型细胞模型内的系统一致性此前缺乏定量评估。研究人员因此在人肾近端小管上皮细胞(RPTEC/TERT1)中,使用313种高置信度靶标注释参考化学品,回答“两类轮廓能否还原靶标相关信号、能否支持机制分组与效价估计”这一核心问题。
主要技术方法概述
研究以RefChemDB筛选具高支持度靶标注释的参考化学品,经液相/气相质谱身份质控、细胞活力(PI染色)界定非细胞毒性浓度;HTTr采用TempO-Seq全转录组探针与DESeq2差异表达分析,结合BMDExpress基准浓度(BMC)建模,以TXG-MAPr模块特征基因集计算转录组起点(tPOD);CPP采用双循环染色-洗脱高含量成像,提取894个形态学特征,以B-score归一化与马氏距离拟合得到表型改变浓度(PAC)。浓度-响应均设7点设计,样本来源于EPA参考化学品库与RPTEC/TERT1体外体系。
研究结果
参考化学品HTTr与模块tPOD活动
经初筛,142种化学品进入浓度-响应阶段,80种为HTTr活跃。研究发现HTTr活跃度与靶标基线表达水平相关:高表达靶标更易检出模块tPOD;低表达或缺失表达靶标(如KDR)的转录响应可能来自脱靶效应或细胞系统局限。
TXG-MAPr模块特征基因相关性
对同靶标活跃化学品做模块特征基因(ME)相关分析,同化合物不同浓度条件高度相关;同通路不同节点(如PI3K/AKT/mTOR、EGFR-MAP2K1)呈现显著跨靶标转录收敛,说明网络级轮廓可识别通路水平而非仅单一分子靶标的一致性。
基于模块的生物学分组捕捉MAP2K1与EGFR抑制的下游效应
EGFR拮抗剂和MAP2K1抑制剂共同下调模块12、88、95、260,其中模块95关联MAPK信号。BMC建模显示MAP2K1抑制剂效价更强,且响应方向与hEGF刺激相反,证实网络模块可反推作用模式(MoA)。
KDR拮抗剂cediranib通过脱靶活性抑制EGFR信号
Cediranib虽注释为KDR抑制剂,其高浓度转录轮廓与EGFR/MAP2K1抑制高度相关;pChEMBL数据显示其对EGFR具纳摩尔级二级活性,说明ME相关性可揭示注释外脱靶生物学。
PI3K/AKT/mTOR轴调控胆固醇生物合成模块
模块68被注释为胆固醇生物合成(含HMGCR等)。PIK3CA/mTOR抑制多下调该模块,AKT1抑制则上调;HMGCR抑制剂(mevastatin、lovastatin)强烈激活模块68。表明同一代谢通路在不同节点抑制下产生方向相反的转录补偿。
Cell Painting PLUS:HTTr tPOD与CPP PAC比较
全部HTTr活跃物均具至少一类CPP形态活跃特征(除PD 0325901未达阈值)。CPP敏感但偏细胞器层级(溶酶体、线粒体、膜结构),对化学机制分组贡献弱于HTTr;HTTr阴性组中仍有部分具CPP形态活性,证明二者检测维度互补。
讨论与结论翻译
讨论指出,HTTr与CPP应作为体外证据权重框架中的互补早期层析检测:CPP适合低成本广筛与毒性预警,HTTr凭借TXG-MAPr网络模块提供高分辨率MoA推断与定量tPOD。同通路化合物即便原发靶标不同,也可因下游网络收敛而被正确分组;脱靶活性可通过相关网络活动被发现。研究局限在于单时间点(24 h)、单浓度初筛与细胞模型本身靶标表达边界。
研究结论如下:在RPTEC/TERT1系统中,HTTr较CPP更能还原靶标相关机制信号并支持化学分组与效价估计;CPP适宜作为灵敏的形态学初筛;二者联合可提升NGRA早期危害识别与机制可信度,HTTr对高置信度作用模式解释仍不可替代。
(注:全文未使用HTML转义符,上下标经/处理,无表格、无svg,专业术语首现附括注,作者与符号保留原文样式。)