《Journal of Hazardous Materials》：Congener-Resolved Hazard Identification of Ginkgolic Acids as Emerging Natural Contaminants
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银杏酸（GAs）作为新兴自然污染物，其环境危害和毒性机制的研究至关重要。本研究通过整合网络毒理学、深度学习预测、分子对接、MD模拟及体外/体内实验，系统评估了五个主要GAs同分异构体的毒性。结果表明，GA C17:2对肝肾功能具有显著毒性，通过脂质代谢紊乱、铁死亡及炎症通路激活，并伴随PPAR信号通路抑制和ACSL4表达上调，形成多靶点毒性机制。该研究建立了基于构效关系和分子机制的GAs危害识别框架，为环境监测和风险管控提供理论支撑。
Jie Bai|Haoyang Liu|Ming Zhao|Xiaohong Yan|Liwei Hua|Min Zhang|Chen Hongming|Kaixin Zhou|Yijin Liu
国家药用化学生物学重点实验室，新有机物质前沿科学中心，细胞响应前沿科学中心，南开大学药学院，海河教育园，通燕路38号，天津300071，中国
摘要
银杏酸（GAs）是广泛存在于银杏叶衍生产品和植物残渣中的烷基酚类成分，可能通过监管不严的消费品、工业加工和废物流进入环境系统。由于监管控制不一致和环境监测有限，银杏酸越来越被视为新兴的天然污染物。然而，其特定同系物的危害特性及其对关键解毒器官的机制相关性尚未得到充分研究，这阻碍了对环境和公共卫生评估的危害优先级判断。本文提出了一种基于同系物解析和危害导向的毒理学框架，通过整合网络毒理学、深度学习危害预测、分子对接、转录组学和靶向实验验证来识别高优先级的银杏酸同系物。网络分析发现了52个与银杏酸暴露相关的肝毒性和21个肾毒性靶点。在五种主要同系物中，GA C17:2因综合的计算机模拟危害信号和与十个核心毒性相关蛋白的稳定相互作用而被列为高关注候选物。GA C17:2在肝细胞和肾细胞模型中表现出强烈的细胞毒性，同时伴有脂质代谢紊乱以及铁死亡、凋亡和炎症相关反应的激活。在短期体内暴露模型中，GA C17:2引起了剂量依赖性的肝肾损伤，其特征是PPARA抑制、ACSL4上调、脂质过氧化以及PPAR信号通路、铁死亡和脂肪酸降解途径的失调。这项工作旨在揭示机制性危害，而非进行定量环境风险评估，提供了将银杏酸同系物与解毒器官中的不良分子反应联系起来的结构信息。我们的发现表明GA C17:2是环境危害筛查的高优先级同系物，并建立了一个基于机制的框架，以支持未来的监测策略、污染物分类和针对新兴天然污染物的风险导向研究。
引言
天然毒素与合成化学物质一样，越来越多地被认为是环境污染和人类暴露的来源，通过土壤、食物、空气、水、动物和植物等多种途径产生多种不良影响，包括非器官特异性的致癌性、发育毒性、遗传毒性和多器官损伤[1]、[2]、[3]、[4]、[5]。尽管植物来源的化合物通常被认为安全，但许多植物化学物质存在重大且未被充分认识的健康和环境危害[6]。近年来，人们对植物来源的次级代谢物作为一类新兴天然污染物的关注日益增加，其大规模生产、加工和处理可能导致意外的环境释放[7]、[8]、[9]。其中，银杏酸是一类来自银杏叶的n-烷基酚类化合物，由于其结构多样性和广谱毒性而受到越来越多的关注[10]。从结构上看，银杏酸具有水杨酸核心，在C-6位置带有C13–C17的烷基侧链[11]，饱和度各不相同。五种主要同系物（GA C13:0、C15:0、C15:1、C17:1和C17:2）广泛分布于银杏叶、坚果和种皮中，并存在于草药茶、化妆品和植物补充剂中[12]、[13]。
尽管药典指南将标准化银杏叶提取物（GBEs）中的银杏酸浓度限制在5 ppm以下[10]、[14]，但其在未经监管的产品和植物废弃物中的存在仍然缺乏监测。最近的指纹分析显示，高达63%的商业GBEs超过了安全阈值，其中一些产品的银杏酸含量高达90,000 ppm[15]。这种在食品、补充剂和药品类别中的质量控制与监管执行不一致性导致了广泛且往往未被记录的人类暴露[16]、[17]、[18]。此外，富含银杏酸的银杏果外皮在丢弃后可能会将这些生物活性化合物释放到环境中，引发额外的生态和环境污染问题[19]、[20]。从环境科学的角度来看，这些多种释放途径表明银杏酸可能是一类环境危害特征不充分的天然产物污染物。
虽然银杏酸具有抗菌、抗寄生虫、抗病毒和抗肿瘤特性[21]、[22]，但越来越多的证据表明它们与广泛的不良生物效应有关，包括遗传毒性[12]、神经毒性[23]、过敏性和细胞毒性[10]。临床案例报告记录了摄入银杏种子或基于叶子的制剂后出现的抽搐、呕吐和意识丧失[6]，突显了它们引起系统性毒性的潜力。实验研究表明，银杏酸在哺乳动物细胞中诱导凋亡、DNA链断裂和线粒体功能障碍[25]、[26]、[27]。然而，大多数现有研究主要在生物医学或食品安全背景下研究银杏酸的毒性[11]、[28]，其发现很少被整合到支持污染物分类或风险导向评估的环境危害框架中。
尽管人们对银杏酸对关键解毒器官的影响越来越关注，但其肝毒性和肾毒性仍缺乏充分研究，现有证据有限且不明确。尽管少数体内研究报道了高剂量下的肝肾损伤[29]，但其潜在的分子机制尚不清楚。此外，大多数研究都是针对总银杏酸混合物进行的，没有区分特定同系物的毒性和累积的多器官效应。这一差距至关重要，因为银杏酸在环境中具有持久性、高度亲脂性，并可能生物累积[30]，这突显了低水平慢性暴露在环境毒理学中识别危害的重要性。从环境毒理学的角度来看，阐明肝肾损伤的机制基础对于危害识别至关重要，特别是对于缺乏全面暴露和流行病学数据的新兴污染物。
肝脏和肾脏在异生物质代谢、生物活化和排泄中起着核心作用[31]、[32]、[33]，因此是评估环境暴露后全身毒性的综合目标。这些器官的不良反应反映了基本解毒和代谢过程的紊乱，而不是器官特异性疾病模型，使它们成为环境危害特征化的特别相关终点。
为了解决这些未解决的问题，本研究开发了一种全面的多层次策略来评估五种主要银杏酸同系物的毒性，旨在识别高优先级的毒性变体并阐明其潜在机制。首先，使用ADMET（吸收、分布、代谢、排泄和毒性）建模、结构-活性分析和基于深度学习的毒性预测进行了计算机模拟筛选，明确基于危害相关性而非治疗或药理活性来优先考虑银杏酸同系物。网络毒理学用于绘制化学-靶点相互作用并优先考虑关键途径。分子对接和分子动力学模拟评估了银杏酸-靶点的结合亲和力和复合物稳定性。这些预测在体外（人肝细胞癌细胞HepG2）和体内（人肾近端管上皮细胞HK-2）进行了验证，并在小鼠模型中进一步确认了毒性终点和器官特异性反应。最后，通过转录组分析和综合组学分析揭示了双器官损伤的分子驱动因素。
本研究建立了一种系统性的、基于同系物解析的银杏酸毒理学评估方法，确定GA C17:2为具有明显肝肾毒性的高优先级同系物（图1）。重要的是，这项工作旨在揭示机制性危害，而非进行定量环境风险评估，并明确区分了短期高剂量实验暴露和慢性低剂量环境暴露之间的差异。通过综合方法，本研究提供了关于银杏酸诱导损伤的机制见解。此外，它建立了一个基于危害的方法论框架，以支持未来的环境监测、污染物分类和针对结构异质性天然污染物的风险导向研究。
研究设计
研究设计
本研究的整体工作流程如图1所示。为了系统评估银杏酸同系物相关的潜在肝肾危害，我们整合了网络毒理学、基于深度学习的药代动力学建模、分子对接、分子动力学模拟和实验测定。从多个数据库收集了银杏酸同系物的毒性相关靶点，并与肝毒性和肾毒性相关基因集进行了交叉参考。共享靶点被映射到
银杏酸同系物的毒性分析和ADMET评估
为了系统评估银杏酸同系物的毒理学潜力，对五种代表性同系物（C13:0、C15:0、C15:1、C17:1和C17:2）进行了计算机模拟ADMET分析（表S1所示）。雷达图显示了广泛的预测器官毒性，包括肝毒性、肾毒性、呼吸毒性、血液毒性和神经毒性（图2A和图S1）。其中，肝毒性和肾毒性始终是最突出的
讨论
银杏叶衍生产品广泛应用于医药[59]、[60]、[61]、食品添加剂[14]和化妆品[62]，但由于含有银杏酸，其安全性仍存在争议。尽管监管指南限制了标准化提取物中的银杏酸含量，但由于缺乏一致的工业控制，人们可能低估了这些烷基酚类化合物的暴露风险[5]、[10]、[63]、[64]。迄今为止的毒理学研究主要集中在银杏酸混合物上
结论
本研究建立了一个基于同系物解析和危害导向的银杏酸毒理学框架，用于评估其作为新兴天然污染物的潜力。通过将计算危害筛查与针对性的多层次实验验证相结合，确定GA C17:2为高优先级同系物，这是基于一致的肝肾危害相关分子反应模式。这项工作不是为了推进特定化合物的药理机制或定量环境风险评估
环境影响
银杏酸是一类结构异质的生物活性天然化合物，与银杏叶衍生产品及相关废物流相关，可能对环境化学负担有所贡献。尽管关于其在环境中的存在和暴露的数据有限，但本研究表明不同同系物在危害潜力方面存在显著差异，基于一致的解毒相关分子反应模式，确定GA C17:2为高优先级同系物
CRediT作者贡献声明
Yijin Liu：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，监督，资金获取。Jie Bai：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，验证，方法学，调查，正式分析，数据管理。Xiaohong Yan：调查。Liwei Hua：调查。Haoyang Liu：撰写 – 审稿与编辑，可视化，监督，软件，正式分析。Ming Zhao：调查，正式分析。Kaixin Zhou：监督，项目管理，方法学。
利益冲突声明
作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益/个人关系：Yijin Liu报告称获得了南开大学药学院的财务支持、行政支持、统计分析、旅行和写作协助。Yijin Liu与南开大学药学院存在雇佣关系。如果还有其他作者，他们声明没有已知的利益冲突
致谢
本研究得到了中国国家重点研发计划（2023YFA0913800）、国家自然科学基金（32360709）、南开大学新有机物质前沿科学中心（63181206）、南开大学基本科研业务费（035--63191735, 035--63221328）以及天津市自然科学基金重点项目（24ZXZSSS00020; 25ZXZSSS00090）的支持。
