《Chemico-Biological Interactions》：Aflatoxin B1 Accelerates Diabetic Nephropathy Progression via ITGA11/LTBP1-Dependent Oxidative and Fibrotic Pathways: Evidence from Multi-Omics and Molecular Simulations
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糖尿病肾病（DN）的进展与环境中毒物如黄曲霉毒素B1（AFB1）密切相关。本研究通过整合转录组学、单细胞分析和分子模拟技术，揭示了AFB1通过激活ITGA11/LTBP1通路和PTHLH-PTH1R信号轴，加剧DN纤维化的机制。ITGA11和LTBP1在肾小球系膜细胞和成纤维细胞中高表达，其动态调控与ECM重塑相关，而AFB1与ITGA11的直接相互作用在分子动力学模拟中得到了验证。这些发现为靶向信号通路干预AFB1诱导的肾损伤提供了理论依据。
刘世强|谢康|赵慧婷|孙玉萌|宋欣茹|徐林瑶|严有杰|王涛|莎伦·尼奥贾|高家琳|王丽卓
皖南医学院第一附属医院（皖南医学院弋矶山医院），中国芜湖，241001
摘要
背景
环境毒素越来越被认为是糖尿病肾病（DN）进展的潜在调节因素。黄曲霉素B1（AFB1）是一种普遍存在的食品污染物，可引起氧化损伤和纤维化病变，但其与DN相关的分子机制尚未得到系统研究。
目的
确定与DN相关的、对AFB1有反应的通路，并优先考虑与纤维化重塑相关的分子介导因子和细胞间通讯轴。
方法
我们整合了批量转录组学、单细胞和空间转录组学、免疫解卷积、细胞间通讯推断、伪时间轨迹分析以及基于结构的建模（分子对接和分子动力学模拟）。
结果
AFB1相关的特征主要表现在氧化应激、外源性物质代谢和细胞外基质（ECM）重塑方面。跨队列分析显示ITGA11和LTBP1是一对一致地对AFB1有反应的候选基因，具有较高的诊断性能（AUC > 0.7），空间/单细胞图谱显示它们的表达主要位于系膜和成纤维细胞样区域。伪时间轨迹分析表明ITGA11呈现短暂激活而LTBP1持续上调，这与它们在ECM重塑中的互补作用一致。细胞间通讯分析揭示了足细胞和系膜状态之间的PTHLH–PTH1R信号轴，免疫分析将ITGA11/LTBP1相关通路与先天/适应性免疫重编程联系起来。计算机模拟支持AFB1与蛋白质的直接相互作用，在100纳秒的模拟中观察到稳定的结合，且其对ITGA11的亲和力较高（约?8.4 kcal/mol）。
结论
总体而言，我们的结果表明AFB1可能通过将氧化/免疫应激与以系膜和成纤维细胞为中心的ECM重塑相结合来加重DN。因此，ITGA11/LTBP1以及肾小球PTHLH–PTH1R信号轴值得作为优先研究对象，以阐明AFB1驱动的DN肾毒性的机制基础，包括肾小球单位内的细胞间损伤放大。
引言
糖尿病肾病是糖尿病的主要微血管并发症，也是终末期肾病的主要原因[1]。越来越多的证据表明，糖尿病并发症具有共同的代谢应激反应通路，例如转化生长因子-β/SMAD[2]和潜在的转化生长因子-β结合蛋白1（LTBP1）以及整合素亚基α11（ITGA11）等，这些因子作为细胞外基质锚定的介质，将基质组织与渐进性的细胞外基质重塑联系起来[3, 4]。临床研究表明，早期干预可以改善肾脏损伤相关指标；Tong等人（2020年）报告了硫糖铝与金水宝联合使用对早期糖尿病肾病患者的好处[5]。然而，持久性的逆转仍然罕见，这表明除了经典通路和传统风险因素外，还有其他调节因素在起作用。在这方面，环境污染物以及微量营养素状态（如硒和硒蛋白相关的氧化还原通路）越来越多地被认为是通过影响基础抗氧化能力和应激反应性来调节肾脏损伤易感性的因素[6]。
大规模监测显示，谷物原料中普遍存在多种霉菌毒素污染，其中黄曲霉素B1（AFB1）是全球最常见的食品污染物之一，在温暖潮湿的储存条件下经常在谷物和动物饲料中被检测到[7, 8]。作为一种食品borne霉菌毒素，AFB1主要通过受污染的饮食摄入，可能会扰乱肠道微生物组成和微生物代谢，从而影响糖尿病患者的肠道屏障完整性和全身免疫平衡。此外，越来越多的证据表明，AFB1可以通过激活保守的细胞应激通路来引起肾脏损伤[9]，包括过量的活性氧（ROS）生成[10]、氧化还原失衡以及ECM重塑和胶原沉积[11]。一致的研究表明，肠道微生物群失调和屏障功能障碍可以重塑糖尿病患者的系统性免疫反应和炎症状态，从而加重糖尿病器官损伤，并为糖尿病并发症中的免疫重编程提供机制背景[12]。
重要的是，在许多热带和亚热带地区，长期低水平暴露于AFB1几乎是不可避免的，这些地区的持续饮食污染与糖尿病和肥胖症的迅速增加相叠加，支持了一种“双重打击”情景，即代谢应激和毒素暴露可能协同作用，加剧肾脏脆弱性[13]。在危地马拉的一项基于人群的成人研究中，100%的参与者体内检测到黄曲霉素B1-白蛋白加合物，中位水平为8.4 pg/mg白蛋白（范围0.2–814.8 pg/mg），显示出广泛的暴露和显著的个体间差异[14]。与潜在的代谢易感性一致，在同一环境中，较高的黄曲霉素B1-白蛋白加合物水平也与代谢疾病（包括糖尿病）相关[15]。此外，在一项针对墨西哥土著妇女的初步研究中，通过黄曲霉素B1-赖氨酸加合物量化了体内黄曲霉素B1的剂量，并评估了早期肾脏损伤的新兴生物标志物[16]。尽管有这些观察结果，但将AFB1暴露与糖尿病肾纤维化联系起来的具体分子机制仍不明确。
因此，本研究的主要目的是通过整合批量和单细胞转录组学、空间基因表达分析、免疫解卷积以及基于结构的建模（分子对接/分子动力学），系统地确定对AFB1有反应的候选靶点和通路。AFB1可能通过将氧化/免疫应激与以系膜和成纤维细胞为中心的ECM重塑相结合来加重DN。ITGA11/LTBP1以及肾小球PTHLH–PTH1R信号轴是优先研究的候选对象，以阐明AFB1相关的DN肾毒性机制，包括肾小球单位内的细胞间损伤信号放大。
数据来源和方法
训练集：糖尿病肾病（DN）相关的数据集GSE96804来自GEO数据库[17]。该数据集使用GPL17586平台生成，包含41个样本，其中20个为对照组，21个为DN患者（最初有61个样本，经过质量控制后排除了20个，剩下41个用于分析）。该数据集用于差异表达分析和生物标志物筛选。
验证集：另一个独立的数据集[18]，GSE111154，也基于
在AFB1暴露下识别与AB1Gs_score相关的基因模块及基于WGCNA的分子机制分析
使用CTD数据库预测黄曲霉素B1的目标基因，选择标准是参考计数大于4（补充材料_Data1.xlsx）。共获得75个与AFB1相关的目标基因，并被指定为AB1Gs（补充材料_Data2.xlsx）。使用PubChem数据库预测AFB1的化学结构，随后进行毒性预测。生成了一个环形功能注释图，初步对基因模块进行分类，其中不同颜色的区域对应不同的功能
讨论
长期低水平暴露于黄曲霉素B1（AFB1）不仅是一个理论问题，而且在许多热带和亚热带地区是一个普遍且几乎不可避免的公共卫生问题，这些地区的主食和乳制品长期受到污染[29]。实际上，AFB1的暴露很少单独发生，通常与其他霉菌毒素（如赭曲霉毒素A、伏马菌素和玉米赤霉烯酮）和环境共污染物共同存在[30]，这表明混合暴露可能会
局限性
应承认几个局限性。首先，虽然使用了公共的人类转录组数据集（GSE96804和GSE111154）来表征DN相关的分子变化，但这些队列缺乏AFB1暴露的直接证据（例如饮食摄入数据或经过验证的暴露生物标志物）；因此，仅凭这些数据无法确定AFB1暴露与人类观察到的转录组变化之间的因果关系。
CRediT作者贡献声明
徐林瑶：数据可视化。严有杰：正式分析。王涛：概念构思。高家琳：验证。刘世强：写作 – 审稿与编辑。谢康：写作 – 审稿与编辑。莎伦·尼奥贾：数据管理。王丽卓：监督。宋欣茹：资源获取、研究。赵慧婷：资源获取、方法学。孙玉萌：方法学
数据可用性声明
本研究生成的数据集可应请求从相应作者处获取。
资助声明
本工作得到了安徽省临床医学研究转化专项计划（项目编号：202527c10020017）；弋矶山医院皖南医学院的人才引进基金（项目编号：KY29020689）；芜湖市卫生健康委员会的重大项目（项目编号：WHWJ2023z002）；以及“恒瑞研究基金”产学研合作项目（项目编号：XQHR202412）的支持。
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：刘世强报告称本工作得到了安徽省临床医学研究转化专项计划的支持；刘世强报告称本工作得到了弋矶山医院人才引进基金的支持；刘世强报告称本工作还得到了...
