《Chemico-Biological Interactions》：6PPDQ exposure enhances susceptibility to ulcerative colitis by disturbing MMP9, PTGS2, and PPARG homeostasis: an integrative network toxicology and
in vivo study
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摘要轮胎衍生物污染物 6PPD 醌（6PPDQ）在环境中广泛存在并表现出肠道毒性，但其在溃疡性结肠炎（UC）中的作用尚不清楚。本研究整合了网络毒理学、生物信息学、分子对接和体内实验，以调查尽管缺乏直接结肠损伤，6PPDQ 暴露是否会增加 UC 风险。网络毒理学鉴定出 6PPD
摘要 轮胎衍生物污染物 6PPD 醌（6PPDQ）在环境中广泛存在并表现出肠道毒性，但其在溃疡性结肠炎（UC）中的作用尚不清楚。本研究整合了网络毒理学、生物信息学、分子对接和体内 实验，以调查尽管缺乏直接结肠损伤，6PPDQ 暴露是否会增加 UC 风险。网络毒理学鉴定出 6PPDQ 与 UC 之间 233 个共同靶点。结合多指标拓扑筛选和独立 GEO 数据集验证，得出三个核心靶点（MMP9、PTGS2 和 PPARG），所有靶点均表现出与 6PPDQ 的强结合亲和力，且在 6PPDQ 暴露后小鼠结肠中显示出剂量依赖性的表达改变，而未造成结肠损伤。然而，在葡聚糖硫酸钠（DSS ）诱导下，暴露于 6PPDQ 的小鼠比溶剂对照组发展出更严重的结肠炎，表现为剂量依赖性体重下降、疾病活动指数（DAI）评分升高、结肠缩短、结肠 MPO 及促炎细胞因子（TNF-α、IL-1β、IL-6）增加，以及抗炎 IL-10 受抑制。综上所述，我们的结果表明，6PPDQ 暴露可能通过破坏 MMP9、PTGS2 和 PPARG 的稳态加剧DSS 诱导的结肠炎，表明这种轮胎衍生的醌可能作为一种新兴的环境污染物增强 UC 易感性。
引言 N-(1,3-二甲基丁基)-N'-苯基对苯二胺（6PPD）是一种典型的对苯二胺类抗氧化剂，广泛用于抑制轮胎及其他橡胶产品的臭氧诱导氧化降解和热氧化老化，从而延长其使用寿命 [1]、[2]。然而，6PPD 在轮胎使用和磨损过程中释放到环境中，并通过臭氧介导的氧化反应迅速转化为其醌类衍生物 6PPD 醌（6PPDQ）[1]。早期研究首次确定 6PPDQ 是导致美国太平洋西北地区暴露于城市径流中的银鲑（Oncorhynchus kisutch ）急性致死毒性的化学物质。这一发现突出了 6PPDQ 作为一种新兴的有毒理学关注的环境污染物，对生态和人类健康均具有潜在影响 [3]。
随后的报告进一步揭示，与其母体化合物 6PPD 相比，6PPDQ 表现出更高的化学稳定性、更长的持久性和更高的毒性。此外，其环境浓度与 6PPD 相当，甚至超过 6PPD [1]、[4]。6PPDQ 主要通过轮胎磨损颗粒的淋滤及随后的道路径流进入水环境，并频繁在受城市影响的河流和湖泊中检测到。例如，报告的中国城市河流浓度范围为 15.8 至 39.5 ng/L，而融雪样本高达 210 ng/L [5]。挪威道路径流水样中测得的最高浓度为 258 ng/L [6]。值得注意的是，加拿大的一项监测研究报告，暴雨径流中的 6PPDQ 水平高达 2.85 μg/L——几乎是银鲑 24 小时 LC50 值（0.8 μg/L）的 3.6 倍 [7]，强调了其显著的生态风险。除了水基质外，6PPDQ 也广泛检测到大气和颗粒物介质中。例如，在中国各地收集的城市 PM2.5 样本中，81% 检测到了 6PPDQ [8]。中国的一项全国调查发现，城市道路粉尘中 6PPDQ 浓度范围为 3.00 至 349 ng/g，中位数为 49 ng/g [9]。在日本东京观察到更高的浓度，其中道路粉尘水平范围为 116 至 1,238 ng/g，中位数为 809 ng/g [10]。此外，在中国杭州的自来水中也检测到了 6PPDQ，尽管平均浓度相对较低（0.56 ng/L）[11]。鉴于其在水、空气和灰尘中的广泛存在，人类通过饮用水摄入、吸入和皮肤接触暴露于 6PPDQ 是不可避免的。它也在血液、尿液和脑脊液等人类生物基质中检测到，引发了对其潜在健康风险的担忧 [12]。
越来越多的流行病学和实验证据已确立 6PPDQ 暴露与多种人类疾病及病理生理状况之间的联系。例如，流行病学研究报告血清或尿液 6PPDQ 浓度与免疫和代谢失调 [13]、[14]、神经退行性疾病 [15] 以及癌症 [16] 之间存在正相关。互补的体外 、体内 和生物信息学研究进一步表明，6PPDQ 在多个器官和生理系统中诱导毒性作用，包括生殖毒性 [2]、神经毒性 [17]、肾毒性 [18]、肝毒性 [19]、呼吸毒性 [20]、致癌性 [21] 以及肠道毒性 [22]。总之，这些发现突出了 6PPDQ 的广谱毒理学风险及其对人类健康的潜在影响。
鉴于口服摄入是主要暴露途径之一，且胃肠道是与 6PPDQ 直接接触的主要器官，6PPDQ 的肠道毒性最近引起了越来越多的关注。一项近期研究发现，6PPDQ 与几种其他污染物的共同暴露可能有助于导致儿童肠道菌群和代谢紊乱 [23]。在线虫 中，6PPDQ 暴露显著诱导肠道活性氧（ROS）产生并增强肠道通透性，伴随与肠道屏障功能相关的关键基因（如acs-22 ）下调，导致肠道完整性破坏 [24]、[25]、[26]。此外，这些毒性表现出代际传递效应，表现为未暴露后代中的肠道损伤和功能障碍 [26]。在斑马鱼中，胚胎发育期或成体期暴露于 6PPD 都会诱导肠黏膜屏障损伤和肠道炎症，通常伴随肠道菌群失衡 [27]、[28]。在小鼠中，口服给予 6PPDQ 表现出区域特异性肠道毒性，损伤主要局限于空肠和回肠，特征为肠道屏障完整性受损以及促炎细胞因子如 TNF-α、IL-1 和 IL-6 水平升高 [29]，以及加剧炎症的 M1 极化巨噬细胞激活 [22]。然而，对十二指肠和结肠的直接损伤并不明显 [29]。尽管如此，6PPDQ 暴露是否会增加炎症性肠病（如溃疡性结肠炎（UC））的易感性仍然未知，值得进一步调查。
本研究通过整合网络毒理学、生物信息学和体内 实验，调查了 6PPDQ 与 UC 之间的关系。我们的结果表明，6PPDQ 暴露会加剧小鼠DSS 诱导的结肠炎，这可能是通过其与三个核心靶点（MMP9、PTGS2 和 PPARG）的相互作用介导的。这些结果表明 6PPDQ 在 UC 的发病机制和进展中存在潜在健康风险。
章节片段 6PPDQ 和 UC 的靶点收集 6PPDQ 的标准 SMILES 记法是通过其 CAS 号（2754428-18-5）从 PubChem 数据库（
https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/ ）检索的。6PPDQ 的潜在靶点是使用多个数据库预测的，包括 SwissTargetPrediction、ChEMBL、比较毒理学数据库（CTD）、BindingDB、PharmMapper、Netinfer、相似性集合方法（SEA）、STITCH 和 TargetNet。UC 相关基因是从 GeneCards、人类孟德尔在线继承（OMIM），
6PPDQ 与 UC 之间重叠靶点的鉴定 为了探索 6PPDQ 暴露与溃疡性结肠炎（UC）之间潜在相互作用背后的分子基础，在多个公共数据库中进行了靶点预测（图 1A 和 1B）。总共检索到 429 个 6PPDQ 推测靶点和 4,215 个 UC 相关基因（图 1C；补充表 S2 和 S3）。韦恩图分析进一步鉴定出两组之间 233 个共同靶点（图 1C）。
蛋白质 - 蛋白质相互作用网络分析及核心靶点鉴定 将 233 个共同靶点提交到 STRING 数据库以生成一个
讨论 溃疡性结肠炎（UC）是一种影响直肠和结肠的慢性终身性炎症性肠病，造成不同程度的黏膜损伤 [39]。自 21世纪 初以来，其在全球新工业化地区（包括亚洲、非洲和中东）的负担迅速上升 [40]。UC 被认为源于遗传易感性和环境暴露的组合，如空气污染物、重金属、持久性有机污染物，以及其他已知的和
结论 总之，本工作将 6PPDQ 鉴定为一种增强溃疡性结肠炎易感性的环境污染物，尽管在基础暴露条件下它无法引发直接结肠黏膜损伤。在机制上，MMP9、PTGS2 和 PPARG 作为核心分子枢纽介导了 6PPDQ 的促结肠炎效应。值得注意的是，MMP9 和 COX2 上调通常被认为是结肠炎进展过程中的下游炎症反应，而 PPARγ 抑制驱动
CRediT 作者贡献声明 Hangtian Zhong： 撰写 – 审阅与编辑。Hui Yin： 撰写 – 审阅与编辑，验证，调查。Yunliu Zeng： 撰写 – 审阅与编辑，验证，调查。Zhaoqiong Chen： 撰写 – 审阅与编辑，监督，资源，资金获取，构思。Xiong Li： 原稿撰写，可视化，软件，方法论，调查，资金获取，形式分析，数据整理，构思。Xiaoting Xu： 撰写 – 审阅与编辑，
伦理声明 本研究按照 ARRIVE（动物研究：体内实验报告）指南进行。本研究已获成都医学院机构动物护理和使用委员会批准。（批准号 IACUC-24-085）
利益冲突声明 作者声明他们没有已知的可能影响本文所述工作的竞争性经济利益或个人关系。
竞争利益声明 ? 作者声明他们没有已知的可能影响本文所述工作的竞争性经济利益或个人关系。
致谢 感谢以下基金为本研究提供的财政支持：四川省自然科学基金 （2024NSFSC1801）、CMC 卓越人才计划（2024kjTzn02）、XMU-CMC 开放研究基金（2023GWKF03）以及四川省大学生创新训练项目（S202513705089）。
Xiong Li|Xiaoting Xu|Yu Cai|Xiaoming Luo|Hangtian Zhong|Hui Yin|Yunliu Zeng|Zhaoqiong Chen
成都医学院公共卫生学院纳米医学与分子毒理学实验室，中国四川省成都市新都大道 783 号，邮编 610500
