《Biochemistry and Biophysics Reports》：Network-based toxicological analysis of core targets and pathways of bisphenol A-driven hepatocellular carcinoma
编辑推荐：
本研究针对环境污染物双酚A（BPA）暴露与肝细胞癌（HCC）发病风险增加但具体分子机制不清的问题，研究人员整合多数据库，运用网络毒理学与分子对接技术，筛选出SRC、PPARG、HSP90AA1、MAPK3和ESR1这5个核心预后基因，揭示了BPA通过干扰内分泌与免疫微环境促进HCC发展的潜在机制，为HCC的早期诊断、预后评估和靶向干预提供了新靶点和新思路。
在我们的日常生活中，塑料制品无处不在，从矿泉水瓶到食品包装，它们为生活带来便利的同时，也可能潜藏着健康风险。双酚A（BPA）作为一种广泛用于生产这些塑料的工业化合物，早已悄无声息地渗透到环境和人体内。越来越多的研究证据表明，BPA与多种疾病的发生发展有关，特别是恶性肿瘤。肝细胞癌（HCC）作为全球癌症相关死亡的主要原因之一，其发病率仍在持续上升。传统风险因素如病毒感染、酗酒等已广为人知，但以BPA为代表的环境污染物作为新兴风险因素，在其中扮演的角色却迷雾重重。BPA是如何“作恶”的？它通过哪些关键的分子“开关”来促进肝癌的发生？这些问题的答案，对于从源头预防和精准干预肝癌至关重要。这正是发表于《Biochemistry and Biophysics Reports》上的研究《Network-based toxicological analysis of core targets and pathways of bisphenol A-driven hepatocellular carcinoma》试图揭示的科学谜题。
为了回答上述问题，研究人员巧妙地扮演了“数据侦探”和“分子建筑师”的角色。他们首先从多个公共数据库（如ChEMBL、STITCH、SwissTargetPrediction、GeneCards）中“海选”出与BPA和HCC各自相关的基因。通过比对，找到了101个共同的“嫌疑基因”。接着，他们利用蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）网络分析，为这些基因绘制了一张关系网，从中识别出处于网络枢纽位置的核心基因。为了理解这些基因的功能，研究团队进行了基因本体（GO）和京都基因与基因组百科全书（KEGG）通路富集分析，就像查阅分子功能的“百科全书”，以揭示它们可能参与的生物学过程和信号通路。随后，他们利用癌症基因组图谱（TCGA）数据库的临床数据，验证了核心基因在HCC患者中的表达差异、与患者生存预后的关系，并通过受试者工作特征（ROC）曲线评估了其诊断效能。研究还进一步探索了这些核心基因与肿瘤免疫微环境中24种免疫细胞浸润水平的相关性。最后，为了从结构层面验证BPA与核心靶点相互作用的可能性，研究人员采用了分子对接技术，在计算机上模拟了BPA分子与核心基因编码的蛋白质之间的结合情况，计算结合能，以评估其结合的稳定性和可能性。
3.1. Acquisition of BPA and HCC-associated genes
研究人员从多个数据库中获得148个BPA相关基因和5669个HCC相关基因（以相关性评分中位数为界进行筛选），为后续分析奠定了基础。
3.2. BPA-HCC intersection gene and PPI network construction
通过取交集，获得了101个BPA与HCC的共同关联基因。对这些基因进行PPI网络构建和分析，初步描绘了BPA影响HCC的潜在分子相互作用图谱。该结果通过Venn图和网络图进行了可视化展示。
3.3. GO and KEGG pathway enrichment analysis
对101个交集基因的功能富集分析显示，它们显著富集于类固醇激素反应、细胞内受体信号通路等生物学过程，以及核受体结合、DNA结合转录因子结合等分子功能。KEGG通路分析表明，这些基因主要参与甲状腺激素信号通路、内分泌抵抗等通路。这提示BPA可能主要通过内分泌干扰机制，影响下游核受体信号通路和基因转录调控网络，从而促进HCC。
3.4. Selection of core genes
通过Degree算法筛选出10个核心Hub基因。利用TCGA数据库验证发现，其中SRC、PPARG、HSP90AA1、MAPK3在HCC中高表达，ESR1低表达，且这5个基因的表达差异具有统计学意义。Kaplan-Meier生存曲线分析进一步揭示，SRC、PPARG、HSP90AA1、MAPK3高表达和ESR1低表达均与HCC患者的不良预后显著相关。相关性热图显示这5个预后核心基因之间存在不同程度的关联。
3.5. Diagnostic and prognostic value of core genes in HCC
ROC曲线分析表明，这5个预后核心基因（SRC、PPARG、HSP90AA1、MAPK3、ESR1）对HCC均具有良好的诊断效能（AUC值均>0.7），其中ESR1的AUC值最高（0.926），诊断准确性相对最佳。
3.6. Immune infiltration
免疫浸润分析显示，这5个核心基因与HCC组织中的24种免疫细胞浸润水平存在不同程度的相关性，暗示它们在HCC免疫微环境中扮演着重要角色，为探索HCC发展、免疫逃逸机制及寻找潜在治疗途径提供了新线索。
3.7. Molecular docking
分子对接分析显示，BPA与5个预后核心关键基因编码的蛋白质（SRC、PPARG、HSP90AA1、MAPK3、ESR1）均能稳定结合，结合能均≤ -5 kcal/mol。这从理论上证实了BPA可以直接与这些HCC关键基因产物相互作用，从而可能影响其功能，干预HCC的发展。
本研究通过整合网络毒理学与分子对接，系统揭示了环境污染物BPA促进肝细胞癌（HCC）发展的潜在分子与免疫调控机制。研究筛选并验证了SRC、PPARG、HSP90AA1、MAPK3和ESR1这五个核心预后基因，它们在HCC组织中差异表达，与患者不良预后相关，且对HCC具有良好的诊断价值。功能分析表明，这些基因主要参与类固醇激素反应和细胞内受体信号通路，凸显了BPA作为内分泌干扰物（EDC）通过核受体驱动的转录调控扰乱肝脏信号网络的核心作用。免疫浸润分析进一步证实，这些基因在HCC免疫微环境中对免疫细胞的募集和极化具有关键调控作用，连接了BPA暴露、免疫失调与肝癌进展。分子对接结果（结合能均≤ -5 kcal/mol）从结构层面证实了BPA能够与这五个核心蛋白稳定结合，提示BPA可能通过直接干扰这些靶点的正常功能，破坏肝脏的内分泌与免疫稳态，从而驱动HCC。
这项研究的意义在于，首次从系统生物学角度，将BPA环境暴露、特定核心基因靶点、信号通路紊乱、免疫微环境改变以及HCC发展串联成一个相对完整的致病链条。它不仅为理解BPA的肝毒性机制提供了新的理论视角，更重要的是，将SRC、PPARG、HSP90AA1、MAPK3和ESR1这五个基因标识为连接BPA暴露与HCC发生的关键分子节点，为未来开发针对BPA相关HCC的早期诊断生物标志物、预后评估工具以及潜在的治疗靶点提供了重要的科学依据。当然，该研究基于生物信息学预测和计算模拟，其结论仍需后续的体外和体内实验加以验证，以将这些有潜力的预测转化为切实的临床应用。
