聚对苯二甲酸乙二酯微塑料（PET-MPs）由于其持久性和潜在的健康危害，已成为一个重要的环境问题。它们在退行性疾病中的作用，特别是椎间盘退变（IVDD），仍然了解不多，这突显了系统评估其分子毒性的必要性。今天小编和大家分析一篇25年2月发表在Journal of Environmental Management（IF:8）杂志的文章，作者应用网络毒理学和分子对接方法来研究PET-MPs诱导IVDD的毒理机制。对GEO、ChEMBL、STITCH、GeneCards和OMIM数据库的综合分析确定了46个与PET-MPs暴露相关的潜在靶点，并进一步筛选出七个核心靶点。
Highlights:
•使用网络毒理学和分子对接方法对PET-MPs在体外诊断设备上的潜在毒性进行系统评估。
•鉴定在PET-MPs诱导的IVDD中涉及的关键靶点及相关分子途径。
•网络毒理学和分子对接技术在新兴化学物质毒性评估中的进展。
背景介绍：
聚对苯二甲酸乙二酯微塑料（PET-MPs）由于其持久性和潜在的健康危害，已成为一个重要的环境问题。它们在退行性疾病中的作用，特别是椎间盘退变（IVDD），仍然了解不多，这突显了系统评估其分子毒性的必要性。椎间盘退变（IVDD）是慢性低背痛和功能障碍的主要原因。其病理特征包括椎间盘核（NP）的含水量减少、细胞外基质（ECM）降解、纤维环（AF）结构损伤和椎间盘高度的丧失。鉴于PET-MPs在IVD组织中的积累及其引发氧化应激和炎症的能力，假设PET-MPs可能通过这些机制加速IVDD的进展。
主要研究成果：
1.PET诱导IVDD靶点的识别
在这项研究中，使用ChEMBL数据库和SwissTargetPrediction进行筛选，最初确定了74个与PET-MPs暴露相关的潜在靶点。来自人类NP样本的暴露和IVDD转录组数据从GEO数据库（GSE23130）获得。此数据集包含正常和IVDD样本的基因表达谱，提供识别DEG的基础。进行PCA以评估总体分布和变异性正常组和IVDD组之间的基因表达数据。主成分分析揭示正常样本（C1-C6）紧密聚集在PC1阴性侧，而IVDD样本（IDD1-IDD6）分布阳性的一面（图2）。共鉴定出12533个DEGs，其中6129个，为了优化DEG分析，我们绘制了一个分层聚类热图。热图显示了所有显著上调和下调的DEGs的表达谱，并显示了正常（C1-C6）和IVDD（IDD1-IDD6）样本的清晰划分为不同的集群。这一结果进一步证实了系统差异（图3和4）。为了确定PET暴露和IVDD之间的潜在分子联系，74个PET相关靶点和12533DEG取交集之后获得46个重叠基因（图5）。
2.潜在靶标相互作用网络和核心基因的鉴定
为了研究PET-MPs暴露和IVDD共同靶点之间的相互作用和关键分子，进行了PPI网络分析。最初，PET-MPs暴露和IVDD之间的46个共享目标被输入字符串数据库，并构建了一个高置信度PPI网络(置信度得分≥0.70)。该网络由46个节点和203条边组成，说明了潜在目标之间的复杂相互作用（图6）。为了进一步确定网络中的关键靶标，使用Cytoscape软件中的cytoHubba插件进行了深入分析。通过评估六个不同算法中（Betweenness, bottleNeck, Degree, Closeness, MCC, 和 EcCentricity）的拓扑参数，成功识别出PPI网络中的AKT1、CASP3、SRC、PTGS2、PIK3CA、KDR和MAPK14作为核心靶点。这些核心靶点的识别表明它们在PET-MPs暴露诱导的IVDD病理过程中的潜在作用，表明它们可以作为有前景的治疗靶点（图7）。
3.核心靶点的的富集通路分析
为了探索46个核心靶点的生物学功能及其涉及的信号通路，使用DAVID数据库进行了GO和KEGG分析。GO分析确定了194个具有统计学意义的GO术语，包括125个BP（PI3K/AKT signaling,等）、29个CC（synapse等）和40个MF（ATP binding等）。这些GO术语根据假发现率（FDR）进行了排名，并选择了FDR值最低的BP、CC和MF的前30个术语进行进一步分析，并在富集分析图中可视化（图8）。研究结果揭示了不同BP、细胞结构和MF之间的显著差异，揭示了PET诱导IVDD的潜在分子机制。
KEGG通路分析强调了与IVDD相关的几个关键信号通路，如Rap1信号传导、NET形成、剪切应力和动脉粥样硬化、C型凝集素受体信号传导、凋亡和VEGF信号传导——参与了梗死、凋亡、免疫调节和血管生成等核心机制。这些与先前确定的途径相互作用，如TNF信号传导、AGE-RAGE信号传导和Toll样受体信号传导，共同影响IVDD的发生和进展。此外，癌症相关途径，包括小细胞肺癌和急性髓系白血病，用下划线标记，表明与PET-MPs暴露相关的潜在病理风险（图9）。
4.PET与核心靶蛋白的分子对接
基于KEGG通路筛选的结果，我们选择了四种关键的膜受体（GPCR、RTK、VEGFR和VEGFR2）进行分子对接分析，以评估PET与这些靶点之间的相互作用。分子对接结果表明，PET可以与GPCR、RTK、VEGFR和VEGFR2的表面空腔紧密结合，结合能小于-5 kcal/mol（分别为-5.46、-5.2、-6.59和-6.32 kcal/mol），表明结合稳定性很高。进一步的分析表明，PET与每个靶标的残基形成了至少两个氢键，显示出很强的相互作用力（图10）。这些发现表明，在长期暴露条件下，PET与这些核心受体的紧密结合可能在IVDD的分子机制中发挥关键作用。
小结：
本研究利用网络毒理学和分子对接技术系统地探讨了长期暴露于PET对IVDD的潜在分子机制。通过整合转录组数据，通过多个数据库检索和PPI网络的构建，我们确定了七个关键目标——AKT1、SRC、CASP3、KDR、PTGS2、PIK3CA和MAPK14在IVDD进展中起着至关重要的作用。