《Frontiers in Toxicology》：Mapping DEHP-induced metabolic dysregulation through multi-omics and systems biology: an adverse outcome pathway network approach
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邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯是一种广泛存在的内分泌干扰性增塑剂，与代谢紊乱相关。为了阐明其机制基础，研究人员通过整合多组学数据、系统生物学建模和针对性文献证据，开发了一种由DEHP诱导扰动所揭示的不良结局通路网络。在暴露于生物学相关浓度范围DEHP的三维人肝
邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯是一种广泛存在的内分泌干扰性增塑剂，与代谢紊乱相关。为了阐明其机制基础，研究人员通过整合多组学数据、系统生物学建模和针对性文献证据，开发了一种由DEHP诱导扰动所揭示的不良结局通路网络。在暴露于生物学相关浓度范围DEHP的三维人肝细胞、胰腺β细胞和斑马鱼幼虫中产生了多组学数据。转录组学和代谢组学分析揭示了脂质代谢、线粒体功能和氧化应激通路的扰动，包括鞘脂信号改变和1-磷酸鞘氨醇失调。系统生物学建模将这些扰动置于代谢通路背景下，并生成了关键中间体的剂量依赖性预测，突出了可能进一步破坏代谢稳态的潜在增强反馈机制，如ATP-ROS相互作用。整合实验和文献证据确定了关键事件关系，这些关系被提出将早期分子扰动与下游不良代谢结局联系起来，包括肝脏脂肪变性、胰岛素抵抗、非酒精性脂肪性肝病和肥胖。该网络的中心机制特征汇聚于脂质重塑、线粒体功能障碍、氧化应激、丝氨酸/S1P通路破坏和胰岛素信号受损。由于各组学对比基于每种条件三个重复，本研究中的统计支持在通路层面而非单一特征层面进行评估：在Benjamini-Hochberg控制下，几乎没有单个转录本显著，而携带线粒体和脂质处理关键事件的通路在竞争性基因集检验中仍然显著。跨系统比较表明，氧化性能量代谢的抑制是所有三个系统中唯一保守的模块，而PPAR信号和脂肪酸处理是肝脏特异性的且呈非单调性。总之，这些数据支持一个连贯的、整合证据的机制假说，将早期分子事件与跨多个生物组织水平的不良代谢结局联系起来，而非一个定量验证的因果通路。据研究人员所知，这项研究提供了一个新颖的整合性AOPN框架，结合了跨肝脏和胰腺模型的多组学数据，并揭示了以前未被充分认识的代谢串扰，包括丝氨酸和S1P通路的参与。所提出的框架明确是假设生成和证据整合性的：它为未来定量AOP的开发提供了一个透明的、经FDR审计的基础，并通过识别与人类代谢健康相关的早期关键事件、潜在生物标志物和干预点，支持基于机制的化学风险评估。
研究背景与问题
邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯作为一种广泛使用的增塑剂，存在于众多消费品中，导致人群普遍暴露。尽管DEHP已被确认为内分泌干扰物并与肥胖、非酒精性脂肪性肝病等代谢紊乱相关，但其从分子变化到不良代谢结局的统一机制图景尚不清晰。传统风险评估主要依赖终点指标，难以捕捉早期分子扰动及其在复杂生物网络中的级联效应。因此，亟需一种系统层面的方法来整合跨层次的数据，阐明DEHP诱导代谢毒性的完整机制链条。
研究目的与意义
为解决上述问题，本研究旨在通过整合多组学数据、系统生物学建模和文献证据，构建一个针对DEHP暴露的不良结局通路网络。该网络将早期分子起始事件与下游不良代谢结局（如肝脏脂肪变性、胰岛素抵抗、NAFLD和肥胖）系统地联系起来。这项工作不仅加深了对DEHP毒性机制的理解，还为基于机制的化学风险评估提供了新框架，有助于识别早期关键事件、潜在生物标志物和干预靶点，并支持化学品的分组和交叉参照应用。
主要关键技术方法
研究人员采用了一套综合方法论。首先，在三维人肝细胞（HepaRG）、人胰腺β细胞（EndoC-βH1）和斑马鱼幼虫三种模型中进行了DEHP暴露后的转录组学和代谢组学分析，以识别分子特征和扰动通路。其次，利用一个确定性动态常微分方程模型对肝脏碳水化合物和脂质代谢进行系统生物学建模，将实验观察到的脂质扰动置于代谢网络背景下，并预测下游效应。最后，通过有针对性的文献检索补充证据，用于支撑各关键事件及其关系的权重评估。
研究结果
3.1 多组学整合与关键事件识别
通过整合转录组学和代谢组学数据，研究人员重建了一个详细的分子网络。其中，游离脂肪酸失调、线粒体功能障碍、丝氨酸/S1P通路破坏和胰岛素信号受损被确定为与代谢毒性相关的核心过程。严格FDR控制的敏感性分析显示，虽然单个基因几乎无法达到显著性，但携带关键事件的通路（如氧化磷酸化、脂肪酸代谢、PPAR信号）在竞争性基因集检验中保持显著，证明了通路层面分析的可靠性。
3.2 系统生物学建模与网络推断
利用实验中测量的棕榈酸酯剂量-反应数据参数化系统生物学模型后，模型预测了乙酰辅酶A浓度的增加和ATP浓度的降低。这支持了早期代谢扰动（如脂肪酸β-氧化增强）如何通过TCA循环瓶颈和电子传递链压力，最终导致线粒体功能障碍和能量耗竭的机制假说。
3.3 关键事件向代谢功能障碍的机制进展
3.3.1 PPARγ激活与脂质积累：DEHP暴露与PPARγ上调及PPARGC1A下调相关，同时伴随脂滴稳定蛋白（CIDEB/CIDEC、perilipins）的下调和脂解酶的上升，共同导致细胞内FFA池扩大（KE1），为后续β-氧化提供底物。
3.3.2 TCA循环过载与线粒体功能障碍：过量FFA驱动的β-氧化产生过多乙酰辅酶A，超出TCA循环处理能力（KE3）。限速酶（CS、FH、SDHC）的表达下降证实了TCA循环瓶颈，导致电子泄漏和ROS产生（KE5），进而引发线粒体应激反应（如UCP3上调）和ATP耗竭（KE6），最终导致线粒体功能障碍（KE7）。
3.3.3 胰岛素信号与葡萄糖代谢紊乱：氧化应激抑制了丝氨酸合成途径的关键酶PHGDH，导致L-丝氨酸减少（KE8）。丝氨酸缺乏进而扰乱鞘脂代谢，表现为特定链长S1P物种的重塑和神经酰胺增加（KE11）。同时，氧化应激可通过IRS1/2的丝氨酸磷酸化损害胰岛素信号传导（KE9/KE10）。在肝细胞中，这导致了糖异生基因（PCK1、G6PC）的上调，促进肝脏胰岛素抵抗（KE14）。
3.3.4 肝脏脂肪变性与非酒精性脂肪性肝病：FFA积累与脂滴储存能力不足之间的失配，导致甘油三酯酯化增加和肝脏脂肪变性（KE13）。持续的脂肪变性与线粒体应激、炎症信号（NF-κB）激活相结合，推动了NAFLD（KE15）的发生发展。
3.3.5 肥胖与代谢结局：S1P信号的破坏被认为是连接DEHP暴露与肥胖（KE16）的一个候选上游机制，而其他代谢扰动（如PPARγ激活、β-氧化受损）则共同创造了一个促肥胖的代谢环境。
3.4 三个实验系统中的保守与差异反应
跨系统比较揭示了三类模式：氧化性能量代谢的抑制是所有三个系统共有的保守模块；PPAR信号和脂肪酸处理是肝脏特异性且非单调的；丝氨酸/S1P和胰岛素臂主要在体外肝和胰腺系统中检测到。这表明体外系统对于解析组织特异性的上游事件至关重要，而体内系统则在确认保守的线粒体反应和整体整合方面不可或缺。
讨论与结论总结
本研究通过整合多组学、系统生物学建模及文献证据，成功构建了一个描述DEHP暴露导致代谢紊乱的AOPN。该网络清晰地描绘了从PPARγ激活、FFA积累开始，经由线粒体功能障碍、氧化应激、丝氨酸/S1P轴紊乱，最终汇合于胰岛素信号受损，并导向肝脏脂肪变性、NAFLD、肝脏胰岛素抵抗和肥胖等一系列不良结局的机制链条。此框架的主要价值在于：它是一个假设生成和证据整合的工具，为未来定量AOP开发提供了经FDR审计的透明基础；它识别了PPARγ激活、丝氨酸耗竭和S1P失衡等可作为筛查和生物监测的早期关键事件；它支持化学品的分组和交叉参照应用。然而，研究人员明确指出，该网络目前尚不能直接用于定量风险推导，因为其缺乏正式的不确定性分析、参数可识别性评估和独立实验数据的验证，这些是未来工作的首要任务。
