【研究背景】

隨著全球工業(yè)化進(jìn)程的加速，大量工業(yè)化學(xué)品的使用導(dǎo)致了許多具有不明毒理學(xué)特性的環(huán)境污染物的出現(xiàn)。這些污染物往往會影響生物體內(nèi)多種生物分子調(diào)控的網(wǎng)絡(luò)通路，而傳統(tǒng)的毒理學(xué)測試方法通常忽略這些復(fù)雜的影響。因此，如何快速、全面且高效地評估環(huán)境中潛在有毒物質(zhì)的毒性成為一個重大挑戰(zhàn)。本文研究聚焦于二丁基二月桂酸錫（DBTDL），這是一種廣泛應(yīng)用于工業(yè)中的有機(jī)錫化合物，盡管其毒性低于三丁基錫，但關(guān)于其對神經(jīng)系統(tǒng)尤其是腦部的毒性作用仍研究不足。研究結(jié)合網(wǎng)絡(luò)毒理學(xué)和分子對接方法，旨在識別DBTDL誘導(dǎo)腦損傷的分子靶標(biāo)并闡明其潛在機(jī)制。

【研究方法】

? 數(shù)據(jù)庫篩選：通過ChEMBL和STITCH數(shù)據(jù)庫檢索與DBTDL相關(guān)的靶點，并利用GeneCards和OMIM數(shù)據(jù)庫檢索與腦損傷相關(guān)的靶點。通過Venn圖分析，確定DBTDL與腦損傷的共同靶點。

? 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建與核心靶標(biāo)篩選：將篩選出的靶點提交至STRING數(shù)據(jù)庫，構(gòu)建蛋白質(zhì)相互作用（PPI）網(wǎng)絡(luò)，并通過Cytoscape軟件進(jìn)行可視化分析。基于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋵W(xué)參數(shù)（如介數(shù)中心性、接近中心性等），篩選出24個核心靶標(biāo)。

? 功能與通路富集分析：利用DAVID和FUMA數(shù)據(jù)庫，對143個潛在靶標(biāo)進(jìn)行基因本體（GO）和京都基因與基因組百科全書（KEGG）富集分析，揭示其生物學(xué)功能和相關(guān)信號通路。

? 分子對接實驗：從RCSB蛋白數(shù)據(jù)庫獲取核心靶標(biāo)的晶體結(jié)構(gòu)，使用AutoDock Vina進(jìn)行分子對接，預(yù)測DBTDL與核心靶標(biāo)的結(jié)合模式和結(jié)合能。

? 體外實驗驗證：采用人小膠質(zhì)細(xì)胞（HMC3）和人腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞（HBMEC）進(jìn)行細(xì)胞毒性實驗，檢測DBTDL對細(xì)胞增殖、活性氧（ROS）水平以及核心靶標(biāo)和神經(jīng)營養(yǎng)因子表達(dá)的影響。

【研究結(jié)果】

1.靶標(biāo)識別與篩選結(jié)果：共識別出143個與DBTDL暴露和腦損傷相關(guān)的潛在靶標(biāo)，并篩選出24個核心靶標(biāo)。這些靶標(biāo)涉及信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、突觸功能、激素調(diào)節(jié)和炎癥反應(yīng)等多個關(guān)鍵生物學(xué)過程。

2. 分子對接結(jié)果：分子對接實驗顯示，DBTDL與五個核心靶標(biāo)（AGT、AGTR1、GNB1、GNG2和POMC）具有較強(qiáng)的結(jié)合能力，結(jié)合能分別為?7.8 (AGT), ?9.9 (AGTR1), ?11.2 (GNB1)， ?6.7 (GNG2)和 ?3.7 (POMC) kcal/mol。這表明DBTDL可以自發(fā)地與這些靶標(biāo)結(jié)合，可能通過干擾其正常功能而引發(fā)腦損傷。

3. 核心靶標(biāo)的功能分析：對24個核心靶標(biāo)的功能進(jìn)行詳細(xì)分析，發(fā)現(xiàn)它們在神經(jīng)信號傳導(dǎo)、炎癥反應(yīng)和激素調(diào)節(jié)中發(fā)揮重要作用。例如，AGT和AGTR1參與血壓調(diào)節(jié)和血管收縮，GNB1和GNG2與G蛋白信號通路相關(guān)，POMC則與激素合成和神經(jīng)肽信號傳導(dǎo)密切相關(guān)。

4. 信號通路分析：通過KEGG通路分析，揭示了DBTDL可能通過影響神經(jīng)活性配體-受體相互作用、鈣信號通路、cAMP信號通路等關(guān)鍵信號通路而引發(fā)腦損傷。

5. 體外實驗驗證結(jié)果：

（1）細(xì)胞毒性實驗：DBTDL在0.1到20 μM濃度范圍內(nèi)對HMC3和HBMEC細(xì)胞表現(xiàn)出顯著的細(xì)胞毒性，抑制細(xì)胞增殖，并呈現(xiàn)劑量依賴性。

（2）ROS水平檢測：DBTDL處理后，兩種細(xì)胞內(nèi)的ROS水平顯著增加，表明DBTDL可能通過誘導(dǎo)氧化應(yīng)激反應(yīng)而對細(xì)胞造成損傷。 

（3）基因表達(dá)分析：經(jīng)DBTDL處理后，五個核心靶標(biāo)（AGT、AGTR1、GNB1、GNF2、POMC）的表達(dá)水平顯著上調(diào)，同時神經(jīng)營養(yǎng)因子BDNF和NT3的表達(dá)也有所增加，這可能反映了細(xì)胞對損傷的代償性反應(yīng)。

【研究結(jié)論】

本研究通過網(wǎng)絡(luò)毒理學(xué)和分子對接方法全面探討了DBTDL的潛在腦毒性，識別了143個相關(guān)潛在靶標(biāo)和24個核心靶標(biāo)，并驗證了DBTDL與五個核心靶標(biāo)的強(qiáng)結(jié)合能力。體外實驗表明DBTDL通過激活氧化應(yīng)激通路抑制細(xì)胞增殖并誘導(dǎo)細(xì)胞毒性，同時上調(diào)核心靶標(biāo)和神經(jīng)營養(yǎng)因子的表達(dá)。研究結(jié)果不僅增進(jìn)了對DBTDL誘導(dǎo)腦損傷機(jī)制的理解，還預(yù)測了重要的調(diào)控靶標(biāo)，為制定更嚴(yán)格的DBTDL暴露限值和生物監(jiān)測計劃提供了科學(xué)依據(jù)，并強(qiáng)調(diào)了開發(fā)針對DBTDL的螯合劑以提供神經(jīng)保護(hù)的必要性。研究創(chuàng)新性地將網(wǎng)絡(luò)毒理學(xué)與分子對接相結(jié)合，為評估環(huán)境污染物的毒理學(xué)效應(yīng)提供了新途徑。

Hao M, Shi N, Zhao Y, Chen J. Investigating the potential molecular mechanisms of dibutyltin dilaurate induced brain injury: a network toxicology and molecular docking approach. Environ Pollut. 2025 Sep 15;381:126642. doi: 10.1016/j.envpol.2025.126642. Epub 2025 Jun 9. PMID: 40499775.