双酚A通过下调AKR1B1蛋白，损害鼻上皮屏障，从而加重过敏性鼻炎：基于计算机模拟和实验证据的见解

《Chemico-Biological Interactions》：Bisphenol A Aggravates Allergic Rhinitis by Impairing Nasal Epithelial Barrier via AKR1B1 Downregulation: Insights from In Silico and Experimental Evidence

　　

摘要

双酚A（BPA）是一种普遍存在的环境污染物，越来越多地被认为与过敏性鼻炎（AR）的发展有关。然而，BPA如何导致AR的分子机制尚不清楚。本研究采用了一种综合策略，结合了网络毒理学、多层次生物信息学、机器学习、分子对接、分子动力学模拟和实验验证，来探讨BPA介导的AR发展的分子机制。通过对公开数据库的分析，确定了六个候选靶点：AKR1B1、AKR1C2、ALOX15、FABP6、EP300和NR3C2。免疫浸润分析显示这些靶点与AR患者鼻黏膜的免疫失衡有关。其中，AKR1B1通过多种机器学习算法和加权基因共表达网络分析被优先确定为关键靶点。分子对接结果表明BPA可能与AKR1B1发生相互作用，分子动力学模拟则描述了该复合物在模拟条件下的构象稳定性。单细胞测序分析显示AKR1B1主要存在于鼻上皮细胞中，而虚拟敲除分析表明MAPK信号通路在AKR1B1缺失后变化最为显著。在体内实验中，BPA暴露加剧了OVA诱导的AR模型中的过敏症状、组织病理变化和上皮屏障破坏，并进一步降低了鼻黏膜中的AKR1B1表达。体外实验发现BPA减少了人鼻上皮细胞（HNEpCs）中的紧密连接蛋白（如ZO-1和occludin）的表达，而AKR1B1的过表达部分恢复了这种由BPA引起的屏障损伤。此外，敲低AKR1B1可激活HNEpCs中的MAPK信号通路。综上所述，BPA可能通过损害鼻上皮屏障的完整性来促进AR的发展，这一过程可能涉及AKR1B1/MAPK通路。本研究扩展了目前对BPA暴露与AR之间毒理机制的理解，并为制定干预策略提供了理论基础。

引言

过敏性鼻炎（AR）是最常见的慢性炎症性呼吸道疾病之一，全球患病率约为10%–40%[1]。AR主要由吸入性过敏原引发，其特征是IgE介导的II型炎症[2]。AR的主要临床表现包括流涕、打喷嚏、鼻痒和鼻塞。除了这些鼻部症状外，AR还会降低工作和学习效率，干扰睡眠并增加医疗开支，从而带来巨大的社会经济负担[3]。随着城市化和工业化的进展，AR的全球患病率持续上升，环境污染被认为是这一趋势的重要因素[4]。近年来提出的“上皮屏障假说”认为，上皮屏障不仅作为抵御环境刺激和过敏原的第一道防线，还是维持黏膜免疫稳态的关键机制[5]。鼻上皮屏障的破坏会促进过敏原的渗透并引发异常的炎症反应，从而加速AR的发生和发展。

双酚A（BPA）是一种高产量的工业化合物，广泛用于环氧树脂和聚碳酸酯塑料的制造，也常见于食品包装、塑料容器和热敏纸等消费品中[6]。由于其在环境中的普遍存在，人类可通过皮肤接触、摄入和吸入等方式接触BPA[7]。全球超过90%的人群尿液中检测出BPA的存在，表明其暴露具有广泛性和持续性[8]。作为一种常见的环境污染物，BPA具有多种不良健康影响，包括内分泌干扰、神经毒性和免疫毒性[7]。越来越多的证据表明BPA暴露可能与AR有关。例如，一项病例对照研究显示AR患者的血清BPA水平显著升高，且与鼻部症状评分呈正相关[9]。在OVA诱导的AR小鼠模型中，BPA暴露加剧了鼻部症状，提高了OVA特异性IgE水平，并增强了Th2型炎症反应[10]。值得注意的是，BPA还被发现会破坏肠道上皮屏障的完整性，这表明类似的屏障破坏效应也可能发生在鼻黏膜中[11, 12]。然而，大多数现有研究主要关注BPA引起的免疫失调和炎症，而BPA是否直接损害鼻上皮屏障的物理完整性仍不清楚。

网络毒理学是一种新兴的系统级策略，通过整合系统生物学、生物信息学、计算毒理学和基于网络的分析来阐明化合物的毒理机制[13, 14]。通过构建化合物-靶点-通路-毒理效应网络，这种方法有助于理解环境毒素与生物系统之间的复杂相互作用，并为识别关键靶点和潜在的分子机制提供重要线索[15]。最近的一项研究结合了网络毒理学、生物信息学和实验验证，发现BPA暴露会促进AR中的鼻上皮炎症[16]。然而，BPA如何破坏AR中鼻上皮屏障完整性的具体分子机制仍需进一步探讨。为填补这些空白，本研究采用了综合策略，结合了网络毒理学、多层次生物信息学、分子对接、分子动力学模拟和实验验证。该研究进一步探讨了BPA在AR中的作用机制，并阐明了BPA破坏鼻上皮屏障完整性的分子途径。这些发现可能为BPA对AR发病机制的贡献提供新的见解，有助于BPA相关过敏性呼吸道疾病的风险评估和预防。

章节摘录

BPA靶点库的构建

从PubChem数据库中检索了BPA的标准化SMILES公式和化学结构。利用SMILES信息，从ChEMBL、STITCH和SwissTargetPrediction数据库中收集了BPA的潜在人类蛋白靶点。这些资源中获取的靶点列表经过UniProt数据库的比对和标准化处理后，形成了统一的BPA靶点集用于后续分析。

识别AR中差异表达的基因

微阵列数据集GSE43523

识别BPA在促进AR中的毒性靶点

合并来自不同数据库的数据并去除重复项后，共鉴定出285个潜在靶蛋白（图1A, B）。GSE43523的差异表达分析发现了263个DEGs（图1C）。前50个DEGs的热图进一步展示了两组之间的转录组差异（图1D）。BPA靶点集与AR中的DEGs的交集显示了六个共享基因（图1E），包括AKR1B1、ALOX15、FABP6、AKR1C2、EP300和NR3C2。

讨论

迄今为止，BPA在AR发病过程中对上皮屏障损伤的潜在机制作用尚未完全阐明。以往关于BPA暴露与AR关系的研究主要集中在免疫紊乱方面。本研究将这一视角扩展到局部鼻黏膜微环境，特别关注上皮屏障的完整性。

上皮屏障的完整性主要由紧密连接（TJ）蛋白维持，包括occludin等。

结论

总之，本研究系统地探讨了BPA暴露如何促成AR的分子机制。研究表明，BPA暴露会加剧AR中的鼻上皮屏障功能障碍，从而促进疾病进展。特别地，AKR1B1被确定为BPA介导的AR加重的关键候选因子，可能通过破坏上皮屏障稳态起作用。本研究将AKR1B1确定为有前景的机制标志物和潜在的...

CRediT作者贡献声明

许宇：撰写、审稿和编辑，监督，资金争取。刘佩强：数据整理。谢玉丽：数据可视化。王云飞：数据分析，数据整理。巩建超：数据分析，数据整理。管梦婷：初稿撰写，方法学研究，概念化。吕浩：初稿撰写，方法学研究，概念化

伦理声明

本研究遵循ARRIVE（动物研究：体内实验报告）指南进行。本研究得到了武汉大学人民医院伦理委员会的批准（批准编号：WDRM2020-K233）。

利益冲突声明

作者声明没有已知的可能影响本文研究工作的利益冲突或个人关系。

利益冲突声明

作者声明没有已知的可能影响本文研究工作的利益冲突或个人关系。

致谢

本工作得到了国家重点研发计划（项目编号：2023YFC2507900）、国家自然科学基金（项目编号：82271134和82471133）、中国博士后科学基金（项目编号：2026M792411）以及湖北重点实验室开放项目（项目编号：2025KFZ015）的资助。

Hao Lv|管梦婷|巩建超|王云飞|谢玉丽|刘佩强|许宇

武汉大学人民医院耳鼻喉-头颈外科，中国武汉