整合网络毒理学与分子动力学模拟揭示双酚A在胰腺导管腺癌中的关键靶点及结合机制

《International Journal of Molecular Sciences》：Integrating Network Toxicology with Molecular Dynamics Simulations to Reveal Key Targets and Binding Mechanisms of Bisphenol A in Pancreatic Ductal Adenocarcinoma

　　

双酚A(BPA)是胰腺导管腺癌(PDAC)的潜在风险因素。本研究整合了网络毒理学、分子对接、分子动力学(MD)模拟及TCGA临床数据分析，以探索BPA暴露与PDAC风险之间潜在的分子机制。通过多数据库筛选鉴定了BPA-PDAC交集靶点，随后构建蛋白质-蛋白质相互作用(PPI)网络以筛选核心枢纽基因。通过PPI分析结合最大团中心性(MCC)算法共鉴定出10个核心枢纽基因。分子对接表明ESR1对BPA表现出最强的结合亲和力之一（?8.2 kcal/mol），MD模拟证实了BPA-ESR1复合物具有良好的热力学稳定性。TCGA分析揭示了分期依赖的表达模式：早期阶段TP53和BCL2下调，而晚期阶段BCL2L1、HSP90AA1和HSP90AB1上调，同时ESR1、HIF1A和PARP1持续低表达。这些发现表明，BPA可能通过破坏ERα介导的内分泌信号和干扰PARP1介导的DNA修复来促进PDAC进展，为胰腺癌风险评估提供了候选分子靶点和假设生成基础，有待进一步实验验证。

胰腺癌是全球最致命的恶性肿瘤之一，5年生存率低于10%，其中胰腺导管腺癌(PDAC)占90%以上，具有高侵袭性、早期症状隐匿和治疗选择有限等特点。双酚A(BPA)作为典型的内分泌干扰化学物，广泛存在于食品包装、医疗器械等产品中，人群暴露普遍。已有研究表明BPA暴露与代谢紊乱、免疫调节异常及胰腺β细胞凋亡密切相关，但现有研究多聚焦于单一通路或细胞模型，缺乏从系统生物学角度对BPA与PDAC分子网络的综合分析，也缺少结合临床分期特征的动态验证。因此，研究人员整合网络毒理学、分子对接、分子动力学(MD)模拟及TCGA临床数据分析，系统探索BPA暴露与PDAC风险的潜在分子机制，为环境内分泌干扰化学物的风险评估提供新证据。该研究共鉴定出10个核心枢纽基因，通过分子对接和MD模拟验证了BPA与ESR1的强结合及热力学稳定性，TCGA分期表达谱揭示了关键基因的动态变化模式，提示BPA可能通过干扰ERα介导的内分泌信号和PARP1介导的DNA修复促进PDAC进展。该研究为胰腺癌风险评估提供了候选分子靶点和假设生成基础，论文发表在《International Journal of Molecular Sciences》。

主要关键技术方法包括：利用ChEMBL和SwissTargetPrediction数据库预测BPA靶点，GeneCards、OMIM和TTD数据库获取PDAC靶点，取交集获得99个候选靶点；通过STRING构建蛋白质-蛋白质相互作用(PPI)网络，使用Cytoscape的MCC算法筛选10个核心枢纽基因；采用DAVID进行GO和KEGG富集分析；利用AutoDock Vina进行分子对接，GROMACS进行100ns MD模拟；从UALCAN数据库获取TCGA-PAAD队列（胰腺导管腺癌，正常对照为配对癌旁组织）的RNA-seq数据和临床信息，进行分期特异性表达分析。

**BPA毒性预测分析**：通过ProTox 3.0和ADMETlab 2.0预测BPA毒性，LD50为4950 mg/kg，毒性5类，具有肝毒性、肾毒性等，分子起始事件分析显示BPA可能与ERα、芳香化酶等相互作用，提示内分泌干扰和致癌风险。

**BPA-PDAC交集靶点鉴定**：从ChEMBL和SwissTargetPrediction获得217个BPA候选靶点，从GeneCards、OMIM、TTD获得3359个PDAC靶点，取交集获得99个交集基因。

**PPI网络构建与核心枢纽基因筛选**：将99个交集基因导入STRING构建PPI网络，包含95个节点和1816条边，通过MCC算法筛选出10个核心枢纽基因：TP53、ESR1、HIF1A、AKT1、PARP1、MDM2、BCL2、HSP90AA1、HSP90AB1、BCL2L1。

**GO功能和KEGG通路富集分析**：KEGG分析获得132条通路，最显著的是“癌症通路”；GO分析获得426个显著条目，生物过程主要富集于“氧化应激反应”，细胞组分为“细胞质”，分子功能为“RNA聚合酶II特异性DNA结合转录因子结合”。

**分子对接分析**：对10个核心靶点进行分子对接，BPA与ESR1结合最强（?8.2 kcal/mol），其次PARP1（?8.1 kcal/mol）、BCL2L1（?7.2 kcal/mol），主要通过氢键和疏水相互作用。

**分子动力学模拟分析**：对BPA-ESR1复合物进行100ns MD模拟，RMSD、RMSF、氢键数、回转半径(Rg)、溶剂可及表面积(SASA)分析表明复合物热力学稳定，自由能景观显示明确全局能量最低构象，证实BPA与ESR1形成高亲和力稳定复合物。

**TCGA-PAAD中核心枢纽基因的分期特异性表达谱**：基于TCGA-PAAD队列，TP53在I期显著下调，BCL2在肿瘤组织中急剧下调，ESR1、HIF1A、PARP1在所有分期持续低表达；BCL2L1、HSP90AA1、HSP90AB1随分期进展逐渐上调，IV期达到峰值；MDM2和AKT1表达无单调趋势，仅II期短暂升高。

讨论部分指出，BPA可能通过ESR1介导的内分泌信号干扰、PARP1介导的DNA修复抑制及TP53早期功能丧失等机制促进PDAC进展，同时强调了BCL2L1在晚期上调的抗凋亡作用及HSP90家族对蛋白质稳态的维持。研究局限性包括：计算预测需要实验验证，TCGA数据无BPA暴露信息，MD模拟仅针对ESR1，以及缺乏剂量-反应关系等。结论：总之，这些发现表明ESR1介导的雌激素信号干扰可能代表了BPA暴露与PDAC关联的潜在分子事件。该研究为未来研究环境内分泌干扰化学物的胰腺毒性提供了一个计算框架和一组可检验的假设。预测的BPA-靶点相互作用，包括与ESR1、PARP1及其他核心枢纽基因的相互作用，需要实验验证以确认其生物学相关性。