《Reproductive Toxicology》：Cross-scale causal inference integrated with single-cell profiling and molecular simulations reveals a macrophage CSF1R–CD68–LYZ axis linking benzo[a]pyrene to erectile dysfunction
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本研究通过整合孟德尔随机化、网络毒理学、分子模拟和单细胞RNA测序等技术，揭示了苯并[a]芘（B[a]P）通过调控CSF1R、CD68和LYZ基因介导的巨噬细胞炎症反应，导致内皮功能障碍和血管损伤，从而引发勃起功能障碍的分子机制。该研究为针对环境毒素B[a]P引起的ED提供了潜在治疗靶点。
作者：王作民、丁国东、陈一文、钟远堂、乐友伟、张青、邓旺东
单位：中国广东省深圳市龙岗区中心医院泌尿科，邮编518172
摘要
背景
勃起功能障碍（ED）是一种常见的疾病，已知的风险因素包括心血管疾病、糖尿病和衰老。越来越多的证据表明，环境暴露也参与了其发病机制。苯并[a]芘（B[a]P）是一种致癌的多环芳烃，存在于空气污染、烟草烟雾和烧焦的食物中，已被证实与生殖功能障碍有关，但其在中枢神经系统（ED）中的分子作用机制尚不清楚。
方法
本研究采用了一种多方面的方法，结合了孟德尔随机化（MR）、网络毒理学、分子模拟、单细胞RNA测序和虚拟基因敲除技术，来探讨B[a]P暴露与ED之间的关联。孟德尔随机化用于评估因果关系，网络毒理学用于识别分子靶点，单细胞分析揭示细胞反应，而虚拟基因敲除则用于验证与ED相关的关键基因。
结果
我们的综合分析发现，CSF1R、CD68和LYZ是B[a]P诱导ED的关键基因。这些基因调控巨噬细胞驱动的炎症反应，进而导致内皮功能障碍和血管损伤——这些都是ED病理生理学中的关键过程。研究证实了B[a]P与这些基因之间的直接相互作用，巨噬细胞在疾病机制中起着关键作用。我们提出了针对巨噬细胞特异性基因的治疗策略，以减轻环境毒素对勃起功能的影响。
结论
本研究为B[a]P在ED中的作用提供了新的见解，并确定了作为治疗靶点的关键巨噬细胞特异性基因。这些发现为应对B[a]P引起的ED提供了潜在策略，未来需要进一步研究以验证这些靶点并探索针对巨噬细胞驱动的炎症的疗法。
引言
全球范围内，40-70岁的男性中约有30-50%患有勃起功能障碍（ED），这会严重影响生活质量[1]。虽然心血管疾病、糖尿病和衰老是ED的主要风险因素，但环境暴露也逐渐成为可能影响ED发病机制的风险因素[2]。特别值得关注的是B[a]P，这是一种常见的多环芳烃（PAH），存在于空气污染、香烟烟雾和烧焦的食物中[3][4]。国际癌症研究机构（IARC）已将B[a]P列为1类致癌物，它对多种生理系统具有有害影响。流行病学研究表明PAH与男性生殖功能障碍有关[5]。然而，这些观察性研究受到潜在混杂因素和反向因果关系的限制，难以准确建立B[a]P暴露与ED之间的因果关系。
ED的病理生理学涉及血管、神经、激素和心理因素之间的复杂相互作用。在分子水平上，ED通常归因于内皮功能障碍、氧化应激、一氧化氮（NO）信号传导受损以及海绵体平滑肌松弛能力下降[6][7][8][9]。尽管已有研究表明环境毒素可能通过炎症、氧化损伤和内分泌紊乱等多种途径干扰这些过程[10][11][12][13]，但B[a]P具体如何参与ED发病机制尚未完全明确。这一知识空白阻碍了将B[a]P确定为ED致病因素并制定具体预防措施。
为填补这一知识空白，我们采用了多学科框架，整合了孟德尔随机化（MR）、网络毒理学、分子模拟、单细胞分析和虚拟基因敲除技术。孟德尔随机化利用遗传变异作为工具变量来估计因果关系，有助于减少反向因果关系等混杂因素[14][15]；网络毒理学建立了化合物、毒性结果和分子靶点之间的相互关联，有助于预测毒素导致疾病发生的潜在分子机制[16]；分子模拟（包括分子对接和动态模拟）提供了原子级别的机制洞察[17]；单细胞分析能够高分辨率地研究细胞异质性和不同细胞类型对环境暴露的特异性反应，从而更详细地了解细胞层面的影响[18]；虚拟基因敲除技术通过模拟基因扰动来帮助识别疾病通路中的关键调控因子[19]。这些互补的方法共同提供了对环境B[a]P暴露对ED影响更为全面和机制准确的理解，不仅克服了传统观察性研究的局限性，还为预防性和治疗性干预措施带来了更大的转化潜力。
网络毒理学分析
在初步研究阶段，我们从PubChem（
https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/）中提取了B[a]P的结构特征和三维构象信息，并通过ADMETlab3.0（
https://admetlab3.scbdd.com/）对其致癌潜力进行了全面评估。PubChem是由美国国家生物技术信息中心（NCBI）维护的一个大型开放获取化学数据库，包含化合物的结构信息和生物活性数据。
结果
为了明确B[a]P影响ED发展的具体机制，并减少传统观察性研究中的偏差，我们系统地进行了孟德尔随机化分析、网络毒理学研究、分子动力学分析、单细胞分析以及GenKI虚拟基因敲除技术。整篇论文的研究路线如图所示。
讨论
本研究旨在通过建立因果关系来阐明B[a]P诱导ED的分子机制。它结合了多种方法，包括孟德尔随机化（MR）、网络毒理学、分子建模、单细胞分析和GenKI虚拟基因敲除技术，从而全面理解B[a]P暴露与ED病理生理过程之间的关联。
结论
本研究探讨了B[a]P暴露与ED之间的分子机制。通过使用孟德尔随机化（MR）、网络毒理学、分子模拟、单细胞分析和虚拟基因敲除等技术，我们确定了CSF1R、CD68和LYZ是B[a]P诱导ED的关键基因。这些基因调控巨噬细胞驱动的炎症反应，进而导致内皮功能障碍和血管损伤，最终影响勃起功能。
作者贡献声明
张青：负责资源准备。
陈一文：负责验证结果。
邓旺东：负责撰写、审稿和编辑。
丁国东：负责撰写、审稿、初稿撰写及修订。
王作民：负责撰写、审稿、初稿撰写、数据可视化及统计分析。
钟远堂：负责方法设计和实验实施。
乐友伟：负责项目管理工作。
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文研究结果的已知财务利益或个人关系。
