《Frontiers in Immunology》:Analyzing the cytotoxicity and pro‐tumorigenic role of acetyl tributyl citrate in prostate through network toxicology and the immune microenvironment
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背景:乙酰柠檬酸三丁酯(ATBC)是邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯(DEHP)与双酚A(BPA)的替代增塑剂,可能参与多种癌症发生,但ATBC在前列腺癌(PCa)中的细胞毒性与促肿瘤作用尚不明确。方法:研究人员通过整合GEO、ChEMBL、STITCH与Swi
背景:乙酰柠檬酸三丁酯(ATBC)是邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯(DEHP)与双酚A(BPA)的替代增塑剂,可能参与多种癌症发生,但ATBC在前列腺癌(PCa)中的细胞毒性与促肿瘤作用尚不明确。方法:研究人员通过整合GEO、ChEMBL、STITCH与Swiss Target Prediction等数据库识别ATBC相关PCa潜在靶点,构建蛋白质-蛋白质相互作用(PPI)网络,并进行基因本体(GO)、京都基因与基因组百科全书(KEGG)富集及免疫微环境分析;继而用支持向量机递归特征消除(SVM-RFE)与最小绝对收缩与选择算子(LASSO)筛选核心靶点,以癌症基因组图谱(TCGA)与外源数据集及体外实验验证;以分子对接考察ATBC与核心基因产物结合,并在单细胞RNA测序数据中做虚拟敲低与通路富集。结果:研究人员获45个ATBC-PCa交集靶点,机器学习确定EZH2、DNMT1、PRMT5三个核心靶点,其影响PCa免疫浸润;分子对接与体外实验佐证上述靶点;虚拟敲低显示三者维持胶原丰富细胞外基质(ECM)与细胞-基质黏附、维护前列腺间质稳态,其扰动介导ATBC细胞毒性与促肿瘤效应。结论:该研究将ATBC效应与PCa联系起来,为高ATBC暴露环境下PCa防治策略提供依据。
研究背景方面,DEHP与BPA作为常见增塑剂存在于化妆品、药物与医用包装中,可在人体组织及尿液检出并诱导氧化应激、凋亡与代谢紊乱。ATBC因其被认为安全而被广泛用作替代增塑剂,见于黏合剂、涂层与医疗设备;但其与聚合物结合不稳定,可从食品包装与医疗器械浸出,在中国室内灰尘中达13,800 ng/g,并见于多国水体。约99% ATBC经尿、粪或呼气排出,已有研究提示其可上调人肠细胞细胞色素P4503A4、抑制成骨细胞系增殖迁移、致大鼠骨质疏松,并可能助推骨癌与口腔鳞癌进展。PCa具年龄、种族与家族史等危险因素,晚期约80%发生骨转移,雄激素与雄激素受体(AR)为核心驱动。近期研究提示ATBC具雌激素受体拮抗与AR激动特征,且人前列腺肿瘤与癌旁组织检出微塑料,但ATBC与PCa进展关系未明。因此研究人员开展网络毒理学与体外研究,阐释ATBC在PCa中的毒理通路。论文发表于《Frontiers in Immunology》。
关键技术方法方面,研究人员取GEO的GSE38241、GSE27616、GSE6956等PCa转录队列与ChEMBL、STITCH、Swiss Target Prediction获ATBC靶点;以STRING与Cytoscape建PPI网络;用LASSO与SVM-RFE筛特征基因并以TCGA-PRAD、GSE32269验证;以CIBERSORT评免疫浸润;取TISCH中GSE143791单细胞队列做UMAP分群与scTenifoldKnk虚拟敲低;以AutoDock Vina做ATBC-EZH2/DNMT1/PRMT5分子对接;以CCK-8、克隆形成、划痕与Transwell及qRT-PCR在WPMY-1与PC-3细胞中做体外印证。
Identification of targets of ATBC and PCa:研究人员从三个GEO数据集识得4,187个PCa差异表达基因(DEGs),从三类数据库得275个ATBC靶点,交集45个潜在靶点,维恩图与网络图显示ATBC-PCa候选基因关系。
Go and KEGG enrichment analysis:对45个靶点做GO与KEGG富集,生物过程集中于组蛋白修饰、甲基化、肽基-赖氨酸修饰;细胞组分涉异染色质、甲基转移酶复合体;分子功能涉S-腺苷甲硫氨酸依赖甲基转移酶;KEGG富集于Notch信号、癌症蛋白聚糖、ECM-受体互作、甲状腺激素信号、细胞色素P450异物代谢与前列腺癌等通路。
Interaction network of potential targets:STRING建45节点125边PPI网,Cytoscape按度中心性显示EZH2、HDAC1、EHMT2、DNMT1为关键节点,并给出前10关键靶点子网络。
Machine learning predicts characteristic genes:LASSO得8个特征基因,SVM-RFE得4个,与PPI度中心性交集获EZH2、DNMT1、PRMT5;GSE32269中PRMT5(AUC=0.822)、DNMT1(AUC=0.914)、EZH2(AUC=0.825)具诊断效能。
TCGA-PRAD and HPA validation:TCGA-PRAD中三基因在肿瘤显著高表达且互相相关,AUC超0.75;人类蛋白质图谱(HPA)免疫组化示PCa组织较正常组织染色更强,印证蛋白过表达。
Immune infiltration of ATBC in PCa:CIBERSORT示PCa免疫格局改变;PRMT5与DNMT1正关M2巨噬细胞、静息树突细胞、活化NK等,负关M0巨噬细胞、调节性T细胞(Tregs);EZH2正关M2巨噬细胞、负关静息NK,提示ATBC相关基因重塑PCa免疫微环境。
Single-cell analysis reveals hub gene expression patterns within tumor microenvironment:GSE143791的UMAP分出B细胞、CD4T、CD8T、DC、内皮、红系、恶性细胞、单核/巨噬、NK、成骨、破骨、周细胞、浆细胞、祖细胞、pDC等;EZH2在红系与祖细胞高,DNMT1在CD4T/CD8T/单核巨噬/红系/祖细胞高,PRMT5在红系与祖细胞高,说明ATBC相关基因影响微环境细胞组成。
Identification and functional analysis of hub genes KO-responsive genes:对三基因做计算机虚拟敲低,后续差异基因富集于细胞组分装配、胶原类ECM结构与细胞-基质黏附;提示EZH2、DNMT1、PRMT5维持正常前列腺间质表观与结构稳态,ATBC或经扰乱该稳态致毒性。
Toxic effects of ATBC on prostate cells:WPMY-1中2.5 μM起增殖线性下降,5 μM显著抑制克隆形成、迁移与侵袭;qRT-PCR示EZH2、PRMT5、DNMT1 mRNA随ATBC升高而降,说明ATBC损正常前列腺间质稳态。
ATBC promotes the proliferation and migration of PCa cells in vitro:PC-3中5 μM起ATBC促增殖、克隆形成、划痕闭合与Transwell侵袭,呈现对癌细胞促进展、对间质细胞抑功能的双向效应。
Molecular docking situation:AutoDock Vina示EZH2(-7.2 kcal/mol)、PRMT5(-6.5 kcal/mol)、DNMT1(-5.7 kcal/mol)与ATBC结合能低于-5.0 kcal/mol,PyMOL显示稳定结合构象与关键残基界面。
讨论部分总结:EZH2属Polycomb抑制复合体2(PRC2),催化H3K27me3沉默抑癌基因;PRMT5经精氨酸甲基化增强AR转录活性、推.castration-resistant进展;DNMT1维持DNA甲基化、与EZH2协同促PCa迁移侵袭。三靶点为表观遗传枢纽,可影响NK、Tregs、M2巨噬等免疫组分。网络毒理加速微塑料毒物机制识别,但研究限于WPMY-1与PC-3、缺动物模型与ATBC暴露单细胞、短暴露难代长期人体效应,需大人群与慢性低剂量动物验证。
结论部分翻译:总体而言,研究结果将ATBC效应与PCa联系起来,并为高ATBC暴露环境中的PCa预防与治疗策略提供依据。