《Ecotoxicology and Environmental Safety》:Association of organophosphate flame retardant exposure with female infertility: Cross-sectional and mechanistic evidence
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女性不孕症已成为日益严重的全球公共卫生问题。越来越多证据表明有机磷酸酯阻燃剂(organophosphate flame retardants,OPFRs)可能参与生殖功能障碍,但哪些OPFRs与女性不孕症关联最强、其潜在分子通路仍不清楚。研究人员采用流行病学
女性不孕症已成为日益严重的全球公共卫生问题。越来越多证据表明有机磷酸酯阻燃剂(organophosphate flame retardants,OPFRs)可能参与生殖功能障碍,但哪些OPFRs与女性不孕症关联最强、其潜在分子通路仍不清楚。研究人员采用流行病学分析、网络毒理学、分子对接与不良结局通路(adverse outcome pathway,AOP)构建相结合的框架,分析2013—2018年国家健康与营养检查调查(National Health and Nutrition Examination Survey,NHANES)中1044名女性的横断面数据,使用多变量逻辑回归、限制立方样条(restricted cubic spline,RCS)、分位数g计算(Quantile g-computation,Qgcomp)、加权分位数和(weighted quantile sum,WQS)回归与贝叶斯核机器回归(Bayesian kernel machine regression,BKMR)。双苯基磷酸酯(diphenyl phosphate,DPhP)被一致识别为与女性不孕症正关联最强且在混合模型中影响最大的OPFR代谢物。网络毒理学优先锁定6种类固醇生成酶(CYP11A1、CYP17A1、CYP19A1、HSD3B1、HSD17B1、HSD17B2)为候选分子靶点,分子对接预测DPhP及其母体化合物三苯基磷酸酯(triphenyl phosphate,TPhP)与这些蛋白具有有利相互作用。计算发现与现有AOP整合后提示:类固醇生成扰动、雌二醇生物合成改变、雄激素-雌激素稳态破坏,可能损害女性生殖功能。该研究为DPhP暴露与女性不孕症提供横断面证据,并提出TPhP/DPhP生殖效应的机制假说,需实验与前瞻性验证。
研究背景方面,女性不孕症影响全球约六分之一成人,女性负担高于男性,环境内分泌干扰物(endocrine disrupting chemicals,EDCs)被认为是重要驱动因素。有机磷酸酯阻燃剂(OPFRs)具有雌激素受体、雄激素受体等核受体交互潜力,且已在地表水、沉积物、空气、食物、尿液等介质中广泛检出。然而既往人群研究多聚焦生殖激素、卵巢储备或辅助生殖结局,直接以临床定义女性不孕症为结局的人群证据有限,真实共暴露下具体代谢物贡献不明,分子机制也未充分表征。因此研究人员在《Ecotoxicology and Environmental Safety》发表该项研究,旨在识别关键OPFR代谢物、预测候选靶点并构建AOP框架。
主要关键技术方法方面,研究人员使用NHANES 2013—2018周期中20—50岁、无子宫切除及双侧卵巢切除、具有完整尿OPFR代谢物与不孕症资料的1044名女性队列;采用调查加权多变量逻辑回归、RCS、Qgcomp、WQS与BKMR处理五种类固醇生成相关尿代谢物;以ChEMBL、SwissTargetPrediction、TargetNet、CTD预测TPhP/DPhP靶点,GeneCards与OMIM获取不孕症靶点,STRING与Cytoscape做蛋白互作网络,clusterProfiler与ReactomePA做GO/KEGG/Reactome富集;用CB-Dock2进行分子对接;从AOP Wiki构建MIE-KE-AO网络。
3.1. Baseline characteristics
研究人员按不孕组126人与对照组918人比较,不孕女性年龄更大、体重指数更高,饮酒更频繁且高血压患病率更高,与已知年龄和代谢因素损害生育力一致。
3.2. Concentrations and correlations of urinary m-OPFRs
研究人员分析肌酐标准化尿代谢物,DPhP与双(1,3-二氯-2-丙基)磷酸酯(BDCIPP)检测率超90%,DPhP与BDCIPP跨周期无显著差异;Spearman相关显示五者弱至中度正相关,无强共线。
3.3. Selection of covariates
研究人员用十折交叉验证LASSO回归,从候选混杂因素中保留年龄、种族/族裔、体重指数、饮酒频率、高血压作为模型3协变量。
3.4. Associations between m-OPFRs and female infertility
研究人员在完全调整模型中得出DPhP与女性不孕症正关联(OR=1.445),LASSO模型仍显著(OR=1.304);RCS显示DPhP在对数浓度约-4.6925以上风险单调上升。Qgcomp中DPhP正权重0.570最大;WQS中DPhP权重0.380居首;BKMR中DPhP后验包含概率(PIP)0.611最高,且单变量暴露反应函数仅DPhP呈清晰单调上升,双变量未现显著交互。
3.5. Screening of infertility targets and PPI network construction for TPhP/DPhP
研究人员整合TPhP(440靶)、DPhP(343靶)与不孕症靶点(2874靶),得144个重叠靶,STRING高置信网络含120节点428边,作为生殖毒性的候选靶集。
3.6. Gene enrichment analysis and hub gene screening of common targets for TPhP/DPhP and infertility
研究人员经GO、KEGG、Reactome富集,共同通路上位为类固醇代谢过程、类固醇激素生物合成、卵巢类固醇生成;交集得到六个中枢基因:CYP11A1、CYP17A1、CYP19A1、HSD3B1、HSD17B1、HSD17B2,分属卵泡膜细胞与颗粒细胞类固醇生成体系。
3.7. Molecular docking of TPhP/DPhP with hub gene-encoded proteins
研究人员将TPhP(结合能-8.0至-9.3 kcal/mol)与DPhP(结合能-6.3至-9.0 kcal/mol)对接六种酶,结合袋与已知参照配体相似,支持其与类固醇生成蛋白潜在结合,但对接仅预测结合可能而非功能抑制。
3.8. AOP network construction for potential female reproductive effects associated with TPhP and DPhP
研究人员从124个AOP筛出3个哺乳类/人类生殖相关AOP,网络含3个分子起始事件(MIEs)、10个关键事件(KEs)、2个不良结局(AOs):核激素受体直接作用、雄激素受体拮抗、类固醇生成酶干扰,进而降低颗粒细胞17β-雌二醇合成、扰乱卵巢周期与排卵,最终降低生育力与繁殖力。
讨论部分总结方面,研究人员指出该研究以临床定义不孕症为结局、全国代表性样本与混合暴露框架,一致认定DPhP为优势贡献物;六靶点位于两细胞-双促性腺激素模型中的卵泡膜与颗粒细胞,若实验证实,可解释雄激素前体生成与雌激素转化协同受损。研究局限包括横断面不能定因、单次尿样不能代表长期暴露、网络毒理与对接属计算假说、果蝇证据外推哺乳动物需谨慎、美国人群外推其他地区需慎重。
结论部分翻译如下:本研究整合流行病学、网络毒理学与AOP构建,系统考察OPFR暴露与女性不孕症及其机制。多模型一致显示DPhP为与女性不孕症正关联最强且在混合物中影响最大的OPFR代谢物。网络毒理学与分子对接提示TPhP和DPhP可与卵巢类固醇生成通路中六种中枢蛋白(CYP11A1、CYP17A1、CYP19A1、HSD3B1、HSD17B1、HSD17B2)相互作用,潜在干扰类固醇激素合成与稳态,从而改变卵巢周期与排卵功能,为TPhP/DPhP暴露损害女性生殖健康提供机制联系。所构AOP网络把这些计算发现与既有知识连接成假定机制框架。这些发现强调需对OPFR相关生殖效应开展实验与前验证研究,并可助未来OPFR生殖毒理评估与风险评价。