《Metabolites》：Potential Mechanisms Linking Excessive Testosterone to PMOS: Insights from Network Toxicology and Machine Learning
编辑推荐：
背景/目的：多内分泌代谢性卵巢综合征（PMOS）以高雄激素血症为特征，过量睾酮作为核心临床特征和关键致病代谢物，但其分子机制仍不完全清楚。方法：本研究整合基因表达综合数据库（GEO）的多组学数据，结合网络毒理学、加权基因共表达网络分析（WGCNA）和机器学习，
背景/目的：多内分泌代谢性卵巢综合征（PMOS）以高雄激素血症为特征，过量睾酮作为核心临床特征和关键致病代谢物，但其分子机制仍不完全清楚。方法：本研究整合基因表达综合数据库（GEO）的多组学数据，结合网络毒理学、加权基因共表达网络分析（WGCNA）和机器学习，以鉴定PMOS中睾酮相关核心基因。结果：差异表达分析和WGCNA获得42个候选基因，通过集成建模（RF+XGBoost）将5个核心基因——GK5、CYP3A5、EGLN3、VCAM1和AGTR1——优先排序为最佳预测特征。分子对接预测了有利的睾酮结合构象。调控网络和药物富集分析进一步预测了多个上游转录因子、枢纽miRNA及潜在的可重定位药物。结论：这些发现提出了一个连接睾酮与PMOS的多靶点分子图景的计算框架。所鉴定的基因、调控网络和候选药物为高雄激素相关PMOS的机制探索及未来潜在的诊断和治疗应用评估提供了优先假设。
**研究背景与目的**
多内分泌代谢性卵巢综合征（PMOS）是影响育龄女性的常见异质性内分泌疾病，全球约10%–13%女性受其影响，并带来显著的生殖、代谢、心理及经济负担。流行病学数据显示，40%–80%的PMOS患者存在高雄激素血症，过量睾酮不仅是核心临床特征，更是关键致病代谢物。高雄激素通过促进初级卵泡募集、增加促性腺激素非依赖性小窦卵泡数量，从而阻断优势卵泡生长与排卵；同时作用于脂肪、肝脏、胰腺、肌肉和脑等外周代谢组织，引发从肥胖到胰岛素抵抗的多种并发症。然而，高雄激素导致PMOS功能障碍的分子机制仍不清楚，现有遗传学证据受限于关联不一致、种族异质性及对单基因或线性通路的侧重。网络毒理学的兴起为解析化合物暴露与结局之间的复杂相互作用提供了"多靶点、单药物"新范式。为此，研究人员整合睾酮相关靶点数据库与PMOS相关转录组数据库，旨在识别高雄激素相关PMOS的特异性共享分子节点与致病通路，为化学预防和个体化治疗提供候选分子靶点。该研究成果发表于《Metabolites》。
**主要技术方法**
研究人员采用四重数据库策略（ChEMBL、SwissTargetPrediction、SEA和CTD）预测睾酮靶蛋白，获得1048个非冗余靶点；整合4个GEO转录组数据集（GSE106724、GSE173160、GSE293353、GSE80432），经批次效应校正后进行差异表达分析；通过WGCNA鉴定PMOS相关模块并与差异基因取交集获得候选基因；构建113种机器学习模型（含RF+XGBoost集成）筛选核心基因，以SHAP算法解释模型，并通过单因素和多因素逻辑回归评估核心基因与PMOS风险的关联；利用CB-Dock2进行分子对接验证，运用RcisTarget及miRanda/miRDB/TargetScan数据库构建TF-基序-基因及miRNA-mRNA调控网络，最后经药物富集分析预测可重定位药物。
**研究结果**
**3.1 睾酮靶蛋白的鉴定**：经四数据库合并去重，共鉴定1048个非冗余候选靶蛋白。
**3.2 PMOS相关模块和候选基因的鉴定**：批次校正后PCA显示数据分布显著改善。差异表达分析鉴定出88个显著改变基因；WGCNA鉴定出13个共表达模块，其中pink模块与PMOS相关性最强（MM与GS相关系数0.58，p=1.2×10
?34）。pink模块基因与88个差异表达基因取并集获得422个候选基因。
**3.3 PMOS中睾酮相关基因的鉴定**：睾酮靶基因与PMOS相关基因交集获得42个关键靶基因。GO富集显示生物学过程显著富集于肿瘤坏死因子应答、酒精代谢、肽激素刺激应答、胆固醇代谢等；KEGG富集显示类固醇激素生物合成、卵巢类固醇生成、cAMP信号通路及AGE-RAGE信号通路等显著富集。
**3.4 核心基因的鉴定**：113个模型中RF+XGBoost集成模型表现最佳，优先排序出GK5、CYP3A5、EGLN3、VCAM1和AGTR1五个核心基因。SHAP分析显示GK5（0.0884）和CYP3A5（0.0623）重要性最高。ROC分析显示单基因AUC介于0.713–0.799，均超过0.7。
**3.5 逻辑回归分析**：单因素回归显示各基因均与PMOS风险显著相关；多因素回归中仅VCAM1保持统计学显著，但五基因联合特征的价值不能排除。
**3.6 分子对接验证**：五个核心蛋白与睾酮的Vina分数为?8.9至?6.9 kcal/mol，均低于?5 kcal/mol，其中AGTR1结合最强（?8.9 kcal/mol）。
**3.7 转录因子调控网络分析**：构建TF-基序-基因三层调控网络，EOMES与ZNF607调控广度最高，各靶向3个核心基因，提示其为潜在上游调控候选。
**3.8 miRNA和药物富集分析**：hsa-miR-3163、hsa-miR-4282和hsa-miR-545-3p各调控3个核心基因；药物富集鉴定184种显著富集药物，缬沙坦最为显著，靶向CYP3A5、VCAM1与AGTR1。
**讨论总结与结论**
讨论部分围绕五个核心基因的潜在机制展开。GK5是皮脂腺特异性激酶，调节SREBP加工与皮肤脂质合成，可能与高雄激素状态下的代谢紊乱相关；CYP3A5催化睾酮6β-羟化参与雄激素清除，并在肾脏参与血压调节，可能连接PMOS高雄激素状态与心血管代谢风险；EGLN3通过羟基化HIF-1α负调控HIF1复合物活性，并通过HIF-2α/IRS2轴参与肝脏糖脂代谢与胰岛素敏感性调节，可能作为连接高雄激素环境、卵巢缺氧应激与全身代谢紊乱的关键枢纽；VCAM1是雄激素直接调控的靶基因，在PMOS患者中表达升高并与胰岛素抵抗正相关，参与高雄激素驱动的慢性炎症；AGTR1介导血管紧张素II的主要心血管效应，其拮抗剂可降低血清雄激素并改善月经节律。研究结论：总之，研究人员的分析确定了GK5、CYP3A5、EGLN3、VCAM1和AGTR1作为连接睾酮相关靶点预测与PMOS相关转录组特征的候选分子节点。分子对接预测了睾酮与所鉴定靶蛋白的有利结合构象。这些发现连同预测的调控网络和候选可重定位药物，为高雄激素相关PMOS的进一步机制研究提供了优先假设。
