探索糖尿病微血管疾病的毒理學(xué)網(wǎng)絡(luò)：內(nèi)分泌干擾化學(xué)物質(zhì)的作用

         糖尿病是一種以慢性高血糖為特征的代謝紊亂，已成為全球主要的公共衛(wèi)生問題。糖尿病微血管?。?span>DMiVD）是糖尿病的常見并發(fā)癥，主要包括糖尿病腎?。?span>DKD）、糖尿病視網(wǎng)膜病變（DR）和糖尿病周圍神經(jīng)病變（DSPN）。內(nèi)分泌干擾化學(xué)物質(zhì)（EDC）是干擾內(nèi)源性激素的合成、分泌、運(yùn)輸、結(jié)合、作用或消除的外源性物質(zhì)，研究發(fā)現(xiàn)EDC暴露與DMiVD致病機(jī)制密切相關(guān)。為探討內(nèi)EDC如何導(dǎo)致糖尿病微血管疾病。

         本研究使用PubChem、ProTox 3.0和ChEMBL評估內(nèi)分泌干擾化學(xué)毒性。通過SwissTargetPrediction和Similarity Ensemble方法確定相關(guān)的EDC靶點(diǎn)。從CTD、GeneCards和OMIM中檢索糖尿病微血管疾病（糖尿病腎病、視網(wǎng)膜病變和感覺多發(fā)性神經(jīng)?。┑幕虬悬c(diǎn)。通過交叉EDC和疾病相關(guān)靶點(diǎn)來確定候選靶點(diǎn)。使用STRING建立PPI網(wǎng)絡(luò)來識別樞紐基因。通過Metascape進(jìn)行功能富集分析。使用Discovery Studio和CDOCKER進(jìn)行EDC化合物與中心靶點(diǎn)的分子對接。分別在DKD、DR和DSPN中確定了843、474和623個(gè)潛在毒性靶點(diǎn)。KEGG通路分析將DKD中EDC毒性與癌癥、趨化因子信號傳導(dǎo)等關(guān)鍵通路聯(lián)系起來，樞紐靶點(diǎn)包括EGFR、ALB、MYC、ESR1和HSP90AA1。DR與MAPK、ERBB、NOD樣受體信號傳導(dǎo)和腎細(xì)胞癌通路相關(guān)，ALB、EGFR、MYC、BCL2和CD4被確定為樞紐靶點(diǎn)。DSPN中EDC可能影響趨化因子、細(xì)胞凋亡、VEGF和JAK-STAT信號通路，其中ALB、EGFR、MYC、ESR1和BCL2是樞紐靶點(diǎn)。分子對接證實(shí)了EDC組分與樞紐靶點(diǎn)之間的強(qiáng)結(jié)合活性。為確定EDC參與糖尿病微血管疾病的毒性靶點(diǎn)和機(jī)制提供理論基礎(chǔ)。

         該研究于2025年4月發(fā)表在《International journal of surgery》，IF：12.5。

技術(shù)路線

主要研究結(jié)果

1. EDC對DKD的影響

         使用SwissTargetPrediction和SEA數(shù)據(jù)庫預(yù)測了12個(gè)主要EDC的靶點(diǎn)。合并和去除重復(fù)后，鑒定出1,486個(gè)獨(dú)特的EDC相關(guān)靶點(diǎn)。從CTD、GeneCards和OMIM檢索DKD相關(guān)基因靶點(diǎn)，過濾后產(chǎn)生9,999個(gè)獨(dú)特靶點(diǎn)。使用Venny2.1.0，鑒定出843個(gè)重疊靶點(diǎn)（圖1A），代表潛在的有毒靶點(diǎn)，通過這些靶點(diǎn)，EDC可能有助于DKD發(fā)病機(jī)制。為了分析這些共同靶點(diǎn)，通過將843個(gè)共享靶點(diǎn)導(dǎo)入STRING數(shù)據(jù)庫（圖1B）構(gòu)建PPI網(wǎng)絡(luò)，參數(shù)設(shè)置為“多種蛋白質(zhì)”，智人和高置信度最小相互作用分?jǐn)?shù)。這導(dǎo)致了一個(gè)由829個(gè)節(jié)點(diǎn)和13,999個(gè)邊緣組成的網(wǎng)絡(luò)（圖1C），突出了EDC相關(guān)毒性靶點(diǎn)和DKD病理生理學(xué)之間的復(fù)雜相互作用。由于PPI網(wǎng)絡(luò)中的蛋白質(zhì)相互作用，它被表示為無向圖。高密度區(qū)域或模塊是具有生物學(xué)意義的集群。為進(jìn)一步研究EDC誘導(dǎo)的DKD毒性機(jī)制，將網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)入CytoScape3.9.0，其中使用MCODE和CytoHubba插件進(jìn)行聚類分析。根據(jù)度值確定了前10個(gè)中心靶標(biāo)（圖1D），因?yàn)檫@些可能在EDC誘導(dǎo)的DKD毒性中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

         使用Metascape平臺，對與EDC誘導(dǎo)的DKD毒性相關(guān)的843個(gè)候選靶點(diǎn)進(jìn)行了GO和KEGG通路富集分析。GO分析顯示，就BP而言，候選靶點(diǎn)主要參與穩(wěn)態(tài)、凋亡和脂質(zhì)代謝，而在CC中，它們主要與突觸、質(zhì)膜區(qū)域和細(xì)胞表面相關(guān)。關(guān)于MF，這些靶點(diǎn)主要與酶結(jié)合、激酶活性和腺苷核苷酸結(jié)合有關(guān)。KEGG通路富集分析確定了基于P值的前10條通路，其中最重要的是癌癥、趨化因子信號、凋亡、鈣信號和通過細(xì)胞色素P450進(jìn)行藥物代謝的通路。這些結(jié)果為EDC促進(jìn)DKD毒性的潛在機(jī)制提供了有價(jià)值的見解，突出了疾病進(jìn)展中涉及的關(guān)鍵生物學(xué)過程和途徑。

         分子對接熱圖結(jié)果顯示，EDC與前五名樞紐靶標(biāo)（圖2A）具有很強(qiáng)的結(jié)合親和力，包括EGFR（PDB ID：4Z21）、ALB（PDB ID：6M4R）、MYC（PDB ID：8X8S）、ESR1（PDB ID：6V8T）和HSP90AA1（PDB ID：4L90）。選擇結(jié)合能最低的前六名分子對接結(jié)果使用PyMOL進(jìn)行可視化。值得注意的是，蒽和EGFR之間的相互作用涉及G465、D555和A444殘基，而苯并吩與ALB的THR-435、LEU-434、HIS-93、PRO-213和GLY-216殘基相互作用。DEHP與MYC的GLN-169殘基結(jié)合，PFOA與ESR1的GLY-465殘基相互作用，三氯生與ALB的GLY-467殘基相互作用（圖2B）。在GSE30528數(shù)據(jù)集中，與EDC誘導(dǎo)的DKD毒性相關(guān)的樞紐靶點(diǎn)的PCA分析顯示正常組和DKD組之間有明顯區(qū)別，PCA1解釋了25.99%的方差，PCA2占15.21%。DKD中EGFR、ALB和MYC下調(diào)，而ESR1和HSP90AA1上調(diào)，盡管差異沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（圖2C）。

圖1：EDC與DKD的關(guān)聯(lián)分析

圖2：12種EDC與DKD樞紐靶點(diǎn)的分子對接

2. EDC對DR的影響

         從CTD、GeneCards和OMIM數(shù)據(jù)庫共檢索到6,276個(gè)DR相關(guān)基因靶點(diǎn)。Venny2.1.0確定了EDC-相關(guān)和DR相關(guān)靶點(diǎn)之間的474個(gè)重疊靶點(diǎn)（圖3A），代表了EDC促進(jìn)DR的潛在機(jī)制。通過將474個(gè)重疊靶點(diǎn)導(dǎo)入STRING數(shù)據(jù)庫（圖3B）構(gòu)建PPI網(wǎng)絡(luò)，參數(shù)設(shè)置為“多種蛋白質(zhì)”、智人和“高置信度”交互分?jǐn)?shù)。這導(dǎo)致了一個(gè)由465個(gè)節(jié)點(diǎn)和6,519個(gè)邊緣組成的網(wǎng)絡(luò)（圖3C），突出了EDC相關(guān)毒性靶點(diǎn)與DR病理生理學(xué)之間的復(fù)雜相互作用。根據(jù)度值選擇了前10個(gè)樞紐靶點(diǎn)（圖3D），因?yàn)樗鼈冇型?span>EDC誘導(dǎo)的DR毒性中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

         使用Metascape平臺，對與EDC誘導(dǎo)DR毒性相關(guān)的474個(gè)候選靶點(diǎn)進(jìn)行了GO和KEGG通路富集分析。GO分析顯示，在BP中，靶點(diǎn)主要參與凋亡、調(diào)節(jié)細(xì)胞死亡和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的正向調(diào)節(jié)（圖3E）。在CC中，它們與分泌囊泡、外部包囊結(jié)構(gòu)和膜側(cè)相關(guān)聯(lián)（圖3F）。在MF中，它們與相同的蛋白質(zhì)結(jié)合、蛋白酶結(jié)合和過渡金屬離子結(jié)合相關(guān)聯(lián)（圖3G）。KEGG通路分析根據(jù)P值確定了前10條通路，其中顯著的包括MAPK、ERBB、NOD樣受體信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和腎細(xì)胞癌通路（圖3H）。這些結(jié)果為EDC促進(jìn)DR毒性的機(jī)制提供了見解，強(qiáng)調(diào)了疾病進(jìn)展中涉及的關(guān)鍵生物過程和途徑。分子對接熱圖結(jié)果顯示，EDC與前五名中心靶點(diǎn)具有很強(qiáng)的結(jié)合親和力（圖4A），包括ALB（PDB ID：6M4R）、EGFR（PDB ID：4Z21）、MYC（PDB ID：8X8S）、BCL2（PDB ID：6MBE）和CD4（PDB ID：7DPO）。使用PyMOL可視化了結(jié)合能最低的前六個(gè)分子對接結(jié)果。值得注意的是，蒽與BCL2的ILE-130和ASP-129殘基相互作用，DBP與BCL2的ASN-316殘基結(jié)合，PFOA與EGFR的ASN-183、LYS-207、ARG-206、THR-177、HIS-244、TYR-184和GLY-153殘基相互作用。此外，PFOA與MYC的G491、D547和R330殘基相互作用。二嗪農(nóng)與ALB的ALA-424和VAL-373殘基相互作用，而多氯聯(lián)苯與ALB的GLU-546和HIS-577殘基相互作用（圖4B）。

         在GSE60439數(shù)據(jù)集中，PCA分析顯示正常組和DR組之間有明顯的分離，PCA1解釋43.39%，PCA2解釋13.93%的方差。在DR患者中，ALB、EGFR、MYC、BCL2和CD4上調(diào)，盡管沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（圖4C）。

圖3：EDC與DR之間的關(guān)聯(lián)分析

圖4：12種EDC與DR樞紐靶點(diǎn)的分子對接

3. EDC對DSPN的影響

         從CTD、GeneCards和OMIM數(shù)據(jù)庫中收集與DSPN相關(guān)的基因靶點(diǎn)。過濾和去除重復(fù)后，鑒定出7,483個(gè)相關(guān)基因靶點(diǎn)。Venny2.1.0分析顯示623個(gè)常見靶點(diǎn)（圖5A），預(yù)測為通過EDC暴露潛在有助于DSPN發(fā)病機(jī)制的毒性靶點(diǎn)。通過將623個(gè)重疊靶點(diǎn)導(dǎo)入STRING數(shù)據(jù)庫（圖5B）構(gòu)建PPI網(wǎng)絡(luò)，設(shè)置為“多種蛋白質(zhì)”、智人和“高置信度”以獲得最小交互評分。該分析生成了一個(gè)具有613個(gè)節(jié)點(diǎn)和9,241個(gè)邊緣的網(wǎng)絡(luò)（圖5C），說明了EDC相關(guān)毒性靶點(diǎn)與DSPN病理生理學(xué)之間的復(fù)雜相互作用。根據(jù)度值，選擇了前10個(gè)中心靶標(biāo)（圖5D），預(yù)計(jì)在EDC誘導(dǎo)的DSPN毒性進(jìn)展中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

         Metascape平臺對DSPN中與EDC毒性相關(guān)的623個(gè)候選靶點(diǎn)進(jìn)行了GO和KEGG分析。GO分析顯示，這些靶點(diǎn)主要參與穩(wěn)態(tài)、對氧化合物的反應(yīng)和凋亡（BP）；質(zhì)膜、細(xì)胞表面和突觸（CC）；以及酶結(jié)合、蛋白質(zhì)結(jié)合和核苷酸結(jié)合（MF）。KEGG分析揭示了趨化因子信號傳導(dǎo)、細(xì)胞凋亡、ERBB、VEGF、JAK-STAT和II型糖尿病等頂級途徑。這些發(fā)現(xiàn)為與DSPN毒性相關(guān)的生物過程和途徑提供了見解。分子對接熱圖顯示EDC與前五個(gè)中心靶標(biāo)之間具有很強(qiáng)的結(jié)合親和力：ALB（PDB ID：6M4R）、EGFR（PDB ID：4Z21）、MYC（PDB ID：8X8S）、ESR1（PDB ID：7UJW）和BCL2（PDB ID：6RJP）（圖6A）。使用PyMOL可視化了六種最低的結(jié)合能相互作用。草甘膦與ALB的GLY-945和ASP-946相互作用，DEHP與EGFR在GLU-852、TYR-210、CYS-863和LEU-864處結(jié)合。PFOA與EGFR的VAL-1941結(jié)合，Diazinon與LYS-1960和VAL-1941處的ALB相互作用，三氯生與ALB的ILE-1787和ESR1的LEU-95、HIS-96結(jié)合（圖6B）。

         與EDC誘導(dǎo)的DSPN毒性相關(guān)的樞紐靶點(diǎn)在前兩節(jié)中得到驗(yàn)證。在GSE95849數(shù)據(jù)集中，PCA分析顯示正常組和DSPN組之間有明顯區(qū)別，PCA1占24.16%，PCA2占17.60%的方差。DSPN患者中EGFR上調(diào)，但不顯著。ALB和ESR1下調(diào)，而MYC和BCL2上調(diào)，差異顯著（P<0.05）（圖6C）。

圖5：EDC與DSPN的關(guān)聯(lián)分析

圖6：12種EDC與DSPN樞紐靶點(diǎn)的分子對接

結(jié)論

         這項(xiàng)研究整合了網(wǎng)絡(luò)毒理學(xué)、分子對接和生物信息學(xué)來推進(jìn)EDC的研究。它為EDC在DmiVD（DKD、DR和DSPN）發(fā)展中的致病機(jī)制提供了新的見解。未來針對EDC的策略，如開發(fā)消除EDC或抑制其影響的藥物，可能為預(yù)防和治療DmiVD（DKD、DR和DSPN）提供新的方法。

實(shí)驗(yàn)方法

         EDC毒性驗(yàn)證；檢索EDC目標(biāo)；DMiVD相關(guān)基因靶標(biāo)的檢索；EDC與DMiVD共同靶點(diǎn)的識別；PPI網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建；GO生物過程和KEGG途徑富集分析；分子對接分析；數(shù)據(jù)庫中驗(yàn)證樞紐基因表達(dá)

參考文獻(xiàn)

         Song S, Huang L, Zhou X, Yu J. Exploring the toxicological network in diabetic microvascular disease: The Role of Endocrine Disrupting Chemicals. Int J Surg. Published online April 11, 2025. doi:10.1097/JS9.0000000000002394. IF: 12.5 Q1.