探究乳腺癌中与4-羟基苯甲酸甲酯相关的CDK1功能失调：一项结合网络毒理学、转录组学和分子动力学的多组学研究

《Biochemical and Biophysical Research Communications》：Exploring Methyl-4-hydroxybenzoate-Associated CDK1 Dysregulation in Breast Cancer: A Multi-Omics Investigation Combining Network Toxicology, Transcriptomics, and Molecular Dynamics

　　

摘要

乳腺癌仍是全球重大的健康问题，而环境中的内分泌干扰化学物质可能诱发与乳腺癌相关的表型。甲基-4-羟基苯甲酸（MEP，即甲基对羟基苯甲酸）是一种广泛使用的防腐剂，有研究表明它具有微弱的雌激素活性，但其与乳腺癌之间的分子关联尚未完全明确。在本研究中，我们采用了整合性的探索性分析框架，结合目标预测、乳腺癌相关基因组数据、蛋白质-蛋白质相互作用分析、功能富集分析、单细胞转录组特征分析、分子对接技术、分子动力学模拟以及体外实验等方法。目标预测共找到了1,067个可能与MEP相关的候选靶点。将这些候选靶点与乳腺癌相关基因集以及GEO数据库中差异表达的基因进行整合后，发现了29个共有基因，其中EGFR、TYMS、EZH2、CDK1和BIRC5等基因在网络中呈现出高度关联的特性。功能富集分析表明这些基因与细胞周期相关途径及癌症相关通路有关。单细胞分析则将细胞分为MEP靶标特征高组和MEP靶标特征低组，而非直接检测MEP这种转录本的存在。分子对接和分子动力学分析显示某些MEP-蛋白复合物可能存在结合能力及结构稳定性，但这些计算结果仅能作为潜在关联的证据，还不能证明MEP直接激活了相关激酶。体外实验和转录组分析表明，MEP暴露会改变细胞的增殖相关表型及细胞周期相关的转录程序。总体而言，这些研究结果支持这样一种假设：MEP可能与乳腺癌相关的转录和信号传导异常有关，不过仍需进一步的直接机制验证，包括对CDK1活性的研究、功能缺失实验、功能恢复实验以及体内研究等。

引言

乳腺癌是女性中最常见的恶性肿瘤之一，也是全球范围内导致癌症死亡的主要原因之一[1]、[2]。尽管在筛查技术、分子分类、内分泌治疗、化疗、免疫治疗以及靶向治疗等方面取得了进展，提升了临床治疗效果，但乳腺癌在生物学上仍存在高度异质性，其发病还受到遗传因素、激素水平、生活方式以及环境因素等多种影响[3]、[4]。

甲基-4-羟基苯甲酸（MEP），也就是甲基对羟基苯甲酸，是一种对羟基苯甲酸类防腐剂，被广泛用于化妆品、药品以及食品相关产品中。先前的研究指出，对羟基苯甲酸类物质可能具有微弱的雌激素活性，并且已在人类乳腺组织中被检测到[5]、[6]、[7]、[8]。这些发现为进一步研究MEP暴露与乳腺癌相关生物学过程之间的潜在关联提供了依据，但它们本身并不能证明二者之间存在直接的因果关系。

为了探究MEP与乳腺癌之间可能的分子关联，我们采用了目标预测、疾病相关基因集合筛选、基于微阵列的差异表达分析、蛋白质-蛋白质相互作用网络构建、通路富集分析、单细胞转录组特征分析、分子对接技术、分子动力学模拟以及初步的体外验证等方法。这项研究旨在通过多组学分析提出新的假设，而非直接证明MEP就是引发或推动乳腺癌发展的根本原因。

因此，本研究的目的是找出可能与乳腺癌生物学特性相关的MEP候选靶点及相关通路，尤其关注像CDK1这类与细胞周期相关的基因。我们在整篇手稿中都使用了较为谨慎的表述方式，将那些仅通过预测或关联分析发现的靶点与经过实验证实具有功能的介质区分开来。

章节节选

MEP毒性预测

甲基-4-羟基苯甲酸（MEP）的二维分子结构及其标准SMILES表达式是从PubChem数据库中获取的[10]。我们使用SwissADME软件对MEP的物理化学性质、药物相似性以及与ADME相关的特性进行了探索性预测。这些分析都属于预测性质，不能被视为实验性的毒理学验证结果。因此在修改后的手稿中，我们将这些分析结果描述为初步的计算筛选结果，并说明了所使用的数据库名称、数据获取途径以及分析结果的适用范围。

确定MEP的靶点

深入探索MEP在乳腺癌中的潜在靶点

SwissADME分析显示，MEP在胃肠道中的吸收率较高，能够穿透血脑屏障，没有抑制几种主要CYP酶的作用，其生物利用度评分为0.85，不存在PAINS/Brenk警报提示，且合成难度较低（见图S1）。我们从STITCH、SwissTargetPrediction和ChEMBL这三个数据库中收集了MEP的潜在靶点信息，经过标识符统一处理后，最终得到了1,067个无重复的候选靶点。而从GeneCards、DisGeNET和OMIM数据库中筛选出的与乳腺癌相关的靶点则被

讨论

本研究采用了整合性的、以提出假设为核心的分析策略，来探究MEP与乳腺癌之间的分子关联。通过结合MEP的预测靶点、乳腺癌相关基因组数据、微阵列分析得到的差异表达基因、蛋白质-蛋白质相互作用分析结果、功能富集分析结果、单细胞转录组特征分析结果、分子对接分析结果、分子动力学模拟结果以及初步的体外实验数据，我们找出了可能与MEP相关的乳腺癌生物学机制有关的候选基因和相关通路。

蛋白质-蛋白质相互作用网络分析凸显出EGFR、TYMS、EZH2

结论

本研究运用整合性的网络毒理学分析、转录组分析、分子对接技术以及分子动力学模拟方法，来探究MEP与乳腺癌相关分子机制之间的潜在关联。通过整合MEP的预测靶点、乳腺癌相关疾病基因以及GEO数据库中的差异表达基因，我们共找到了29个共有基因，其中EGFR、TYMS、EZH2、CDK1和BIRC5等核心基因被列为需要进一步研究的重点对象。

单细胞模块评分分析结果表明

CRediT作者贡献说明

丁彦红：文章撰写——初稿撰写，可视化分析。 李静：文章撰写——初稿撰写，可视化分析。 刘振：文章撰写——初稿撰写，可视化分析。 王阳：文章撰写——初稿撰写，可视化分析。 李红梅：文章撰写——初稿撰写，可视化分析

未引用参考文献

[9]、[11]、[12]、[13]、[14]、[15]、[16]、[17]、[18]、[19]、[20]、[21]、[22]、[23]、[24]、[25]、[26]、[27]、[28]、[29]、[30]、[31]。

数据可用性声明

如需获取本研究的相关数据，可联系相应作者进行索取。

利益冲突声明

所有作者均声明不存在任何可能影响本研究结果的利益冲突。

资金支持

本研究得到了山东省自然科学基金的资助（项目编号：ZR202211280114）。

利益冲突声明

? 所有作者均声明，他们不存在任何已知的、可能影响本文研究结果的财务利益冲突或个人关系。

致谢

我们衷心感谢南京医科大学第一附属医院的核心实验室平台所提供的各类必要设备以及技术支持，正是这些支持使得本研究得以顺利开展。

王阳|李静|刘振|丁彦红|李红梅

中国江苏省南京市210029，南京医科大学第一附属医院乳腺癌中心