《International Journal of Molecular Sciences》：Systematic Screening of Depression-Related Neurotoxicity Across 26 Bisphenols Reveals an ESR1–CREB1–GRIN2B-Associated Mechanism
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双酚类化合物（BPs）是广泛存在的环境内分泌干扰物，但其潜在的抑郁相关神经毒性尚未得到系统评估。在此，研究人员结合了机器学习（ML）、网络毒理学、分子对接和体内实验，筛选了26种双酚类化合物的抑郁相关神经毒性风险。研究人员首先整合了双酚A（BPA）相关靶点与抑
双酚类化合物（BPs）是广泛存在的环境内分泌干扰物，但其潜在的抑郁相关神经毒性尚未得到系统评估。在此，研究人员结合了机器学习（ML）、网络毒理学、分子对接和体内实验，筛选了26种双酚类化合物的抑郁相关神经毒性风险。研究人员首先整合了双酚A（BPA）相关靶点与抑郁相关基因，构建了一个化学-基因-表型-疾病网络和一个不良结局途径（AOP）框架。然后，研究人员使用九种ML算法对26种双酚类化合物的预测风险进行了排序。分子对接显示，预测的高风险化合物对雌激素受体1（ESR1）具有强结合亲和力。AOP分析进一步提示了ESR1–环磷酸腺苷反应元件结合蛋白1（CREB1）–谷氨酸离子型受体N-甲基-D-天冬氨酸型亚基2B（GRIN2B）通路的参与。体内实验表明，BPA暴露导致大鼠海马CA3区神经元损伤，并显著降低了海马组织中相应基因Esr1、Creb1和Grin2b的信使RNA（mRNA）表达。总体而言，本研究筛选并优先排序了模型预测的26种双酚类化合物的抑郁相关神经毒性风险，支持了ESR1–CREB1–GRIN2B通路在BPA诱导的神经毒性中的作用，并为双酚类化合物风险评估提供了机制证据。
双酚A（BPA）作为代表性双酚类化合物，广泛存在于食品接触材料、环氧树脂和聚碳酸酯塑料中，可通过血脑屏障破坏脑神经功能，但其对中枢神经系统的毒性机制尚未完全阐明。抑郁作为全球性公共卫生挑战，影响约3%的人口，环境污染物被认为是其潜在驱动因素。尽管BPA的神经毒性已被关注，但新兴双酚类化合物（BPs）的抑郁相关神经毒性缺乏系统评估。传统动物实验耗时昂贵，亟需高效互补方法。本研究结合机器学习（ML）、网络毒理学、分子对接和体内实验，系统筛选26种BPs的抑郁相关神经毒性风险，并探索潜在机制。研究人员通过整合BPA与抑郁相关靶点，构建化学-基因-表型-疾病网络和不良结局途径（AOP）框架，利用九种ML算法对26种BPs进行风险排序，分子对接验证高风险化合物与雌激素受体1（ESR1）的结合，AOP分析提示ESR1–环磷酸腺苷反应元件结合蛋白1（CREB1）–谷氨酸离子型受体N-甲基-D-天冬氨酸型亚基2B（GRIN2B）通路。体内实验使用Sprague-Dawley（SD）大鼠验证BPA暴露诱导的抑郁样行为和神经损伤。结论显示，BPA暴露导致大鼠海马CA3区神经元损伤，并下调Esr1、Creb1、Grin2b的mRNA表达，成功预测了26种BPs的抑郁相关神经毒性风险，支持ESR1–CREB1–GRIN2B通路在BPA神经毒性中的作用，为BPs风险评估提供了机制证据。该论文发表在《International Journal of Molecular Sciences》。
研究人员为开展研究主要使用以下关键方法：从公共数据库（CTD、ToxCast、ChEMBL、STITCH、SwissTargetPrediction、GEO、GeneCards）获取BPA和抑郁靶点，构建网络并进行拓扑分析；使用RDKit将化学结构转换为二维分子描述符，输入9种ML模型（随机森林、K近邻、AdaBoost、支持向量机、线性判别分析、逻辑回归、决策树、朴素贝叶斯、多层感知器）进行风险预测；分子对接采用AutoDock Vina评估BPs与ESR1的结合；AOP框架基于拓扑分析和文献证据构建；体内实验使用雄性SD大鼠（6周龄，每组9只，来自北京SPF Biotechnology，饲养于成都中医药大学），通过灌胃给予BPA（50 μg/kg/day）6周，进行行为学测试（旷场实验、强迫游泳实验、悬尾实验、糖水偏好实验），Nissl染色观察神经元形态，qPCR检测Esr1、Creb1、Grin2b的mRNA表达。
2.1 BPA-基因-表型-神经毒性网络：通过整合BPA（1557个靶点）与抑郁（751个基因）相关数据，取交集获得110个共同靶点，拓扑分析后筛选出69个核心靶点。GO和KEGG富集分析显示这些靶点主要富集于长时程增强、长时程抑郁、血清素能突触等通路，以及多巴胺摄取、神经炎症反应等生物过程。进一步基于节点度排名选出14个核心靶点（INS、AKT1、IL6、IGF1、CREB1、IL1B、LEP、APOE、IL10、TNF、ADIPOQ、ESR1、GRIN2B、IFNG），用于构建后续计算AOP（cAOP）网络。
2.2 计算AOP（cAOP）网络的构建与评估：将富集的抑郁相关表型和通路分为亚细胞、细胞和系统三个水平，整合神经传递与突触可塑性（长时程增强、多巴胺摄取）、神经炎症与代谢内分泌紊乱（脂联素信号通路、胰岛素抵抗）、神经营养支持与细胞防御（BDNF刺激应答、tau蛋白结合）三条通路，构建了BPA致抑郁的cAOP框架，系统阐明从基因干扰到抑郁表型的完整机制。
2.3 评估抑郁风险的机器学习模型：9种ML模型中，除逻辑回归外，其余8种模型在F1、AUC、精确率、召回率和准确率等指标上表现稳健（中位数0.75-1.00）。对26种BPs进行抑郁风险评分（log10(X+1)转换后），BPA得分最高（>0.9），其次为BPE、BPF、BPC、BPB、BPS，这六种被选为优先高风险候选物。
2.4 分子对接分析：六种高风险BPs与ESR1的配体结合域均能良好对接，结合能范围为-7.2至-8.3 kcal/mol。BPC结合能最低（-8.3 kcal/mol），与GLU-353形成常规氢键，并通过PHE-404介导的π-π T型相互作用和疏水作用稳定结合。BPA与ARG-394和LEU-387形成氢键，结合能为-7.7 kcal/mol。BPE和BPS分别缺乏清晰氢键或存在不利相互作用。
2.5 BPA致抑郁AOP的权重证据（WoE）评估：基于OECD指南，将BPA-ESR1相互作用定义为分子起始事件（MIE），CREB1下调为关键事件1（KE1），GRIN2B下调为KE2，突触效能受损为KE3，链接至抑郁样结局。通过生物学合理性、经验支持和必要性评估，该AOP（BPA–ESR1–CREB1–GRIN2B–突触功能障碍–抑郁样结局）的证据等级为中等到强，但需进一步实验验证。
2.6 BPA暴露诱导大鼠抑郁表型：旷场实验（OFT）显示BPA组大鼠总运动距离、中央区域停留时间减少，表明探索行为降低；强迫游泳实验（FST）和悬尾实验（TST）中不动时间显著延长；糖水偏好实验（SPT）中糖水偏好率下降。qPCR结果显示，BPA组大鼠海马组织中Esr1、Creb1、Grin2b的mRNA表达均显著下调（p<0.0001），证实了BPA诱导的抑郁样行为与核心靶基因表达下调相关。
2.7 BPA暴露诱导大鼠神经元损伤：Nissl染色显示，对照组海马各亚区（CA1-CA4及DG）神经元排列紧密规则，核周可见深染Nissl体；BPA组神经元排列松散不规则，出现细胞萎缩和Nissl体溶解，尤其在CA3区Nissl体数量显著减少（p<0.05），表明BPA导致海马神经元损伤，CA3区更易受影响。
讨论部分总结指出，BPA通过ESR1作为MIE，抑制下游CREB1活性，进而下调GRIN2B（编码NMDA受体GluN2B亚基），导致突触可塑性受损（KE3），最终诱发抑郁样行为。该AOP与已有研究一致，强调BPA替代品（如BPE、BPS）也具有高风险，需警惕“遗憾替代”。分子对接为BPs与ESR1结合提供了结构验证，结合能差异主要源于疏水相互作用。研究局限性包括依赖现有数据库可能导致BPA排名偏高、大鼠模型与人类差异、以及单一化学物暴露无法反映真实混合暴露场景。结论部分翻译：本研究采用创新性计算策略成功预测了26种双酚类化合物的抑郁相关神经毒性风险。利用AOP框架和体内实验，提示BPA可能通过ESR1–CREB1–GRIN2B通路损伤神经元，从而促进抑郁样神经毒性。这些发现加深了研究人员对环境污染物神经毒性效应的理解，并为评估BPA替代品的健康风险以及制定新兴环境污染物监管策略提供了依据。
