二(2-乙基己基)对苯二甲酸酯会促进乳腺癌的发展：多组学整合实验验证

《Chemico-Biological Interactions》：Di-(2-ethylhexyl) terephthalate promotes breast cancer progression: Multi-omics integrated experimental validation

DOTP致癌机制研究通过多组学整合和机器学习发现其靶向PI3K-Akt-mTOR等通路，单细胞测序和空间转录组学揭示肿瘤微环境中促增殖效应。

　　

李世琦|张楚瑜|朱晔|谢慧琳|陈丽萍|全伟康|吴家强|周贤环|杨康平|杨亮|袁伟

南昌大学第一附属医院眼科，江西医学院，南昌市330006，中国

摘要

作为邻苯二甲酸酯塑料增剂的替代品，二(2-乙基己基)对苯二甲酸酯（DOTP）已广泛应用于食品包装和医疗器械等敏感领域。然而，对其系统致癌风险的评估仍存在不足。本研究通过整合基因富集分析、机器学习算法、分子对接、单细胞测序和空间转录组学等网络毒理学方法，系统分析了DOTP的潜在致癌机制。我们使用11种拓扑算法筛选出了24个与DOTP相关的核心致癌基因，进行了跨癌症表达和预后分析，并利用机器学习算法量化了这些基因在肿瘤中的预后风险权重。随后，通过分子对接确定了六个与DOTP具有高亲和力的致癌靶点（PIK3CA、PTPN11、ESR1、PPARG和MAPK1）。最后，通过克隆实验和Western blot分析证实，DOTP暴露可促进肿瘤细胞增殖。这种增殖效应以及PTPN11和ESR1蛋白水平的上调均表现出浓度依赖性增强。研究表明，DOTP可能通过干扰细胞增殖、基因转录调控、肿瘤微环境及相关致癌信号通路（主要是PI3K-Akt-mTOR通路）而表现出致癌潜力。本研究揭示了DOTP在常见肿瘤发生和发展中的分子机制，为研究环境污染物的致癌机制提供了新的理论框架，并为针对性预防奠定了基础。

引言

塑料工业的快速发展使得塑料增剂成为全球产量最大的合成化学品之一，年消耗量约为600万至800万吨¹。传统的邻苯二甲酸酯基增剂（如DEHP）因其低成本和优异的加工性能而被广泛使用，但其内分泌干扰作用和代谢毒性引发了严重的健康担忧<2, 3>。在这种背景下，DOTP作为一种新型环保增剂应运而生。由于其分子结构不含邻苯二甲酸酯，并具有优异的迁移阻力和热稳定性⁴，它被广泛应用于食品包装、医疗器械和儿童玩具等敏感领域⁵，年产量超过200万吨⁶。然而，在缺乏系统性安全评估的情况下，这种大规模应用带来了潜在的健康风险。多项证据表明，DOTP可通过呼吸⁷和饮食摄入⁵进入人体，其代谢产物单辛基酯已被证实具有内分泌干扰作用⁸。尽管国际癌症研究机构（IARC）尚未将DOTP列为已知致癌物，但其异构体DEHP（二(2-乙基己基)邻苯二甲酸酯）已被确认具有潜在致癌性，并被列为2B类致癌物⁹。DEHP可能通过多种非遗传毒性机制促进肿瘤发生。例如，长期暴露会导致动物肝细胞增殖和氧化应激损伤¹⁰，同时激活NF-κB介导的炎症通路¹¹。彗星实验还显示DEHP会损伤人类血细胞中的DNA¹²。此外，DEHP及其代谢物通过调节孕酮受体增强T-47D乳腺癌细胞的增殖¹³。人群研究进一步表明，结直肠癌患者的尿液中DEHP代谢物浓度显著高于健康个体¹⁴。鉴于DOTP与DEHP在结构和理化性质上的相似性，这些机制表明DOTP也可能具有潜在的致癌风险。最近的研究表明，DOTP可能通过靶向参与炎症和免疫调节的蛋白质诱导慢性自发性荨麻疹¹⁵。此外，高浓度的DOTP会增加活性氧的产生⁵，可能通过氧化应激导致DNA损伤。然而，目前直接证据仍然有限。基于结构相似性推导出的毒理学类比原则，有必要对DOTP的分子起始事件和关键致癌靶点进行研究，并结合严格的流行病学调查，以全面评估其在人体中的潜在致癌性和致癌机制。

本研究采用网络毒理学方法，将多组学数据与人工智能算法相结合，构建蛋白质-蛋白质相互作用网络，从而深入探讨DOTP的潜在致癌机制。在初步预测DOTP具有致癌特性后，我们利用多源数据库筛选其潜在致癌靶点，并通过网络拓扑算法确定核心靶点。为阐明这些核心靶点在各种癌症中的表达模式及其与患者预后的关联，我们进行了跨癌症表达和预后分析，并构建了基于机器学习的预后预测模型。鉴于肿瘤组织中免疫细胞浸润的高度异质性，我们进一步通过分子对接筛选出与DOTP具有高结合亲和力的分子。随后，我们利用单细胞测序技术分析肿瘤微环境中不同细胞亚群的表达谱，并结合空间转录组学精确定位其组织分布。这揭示了DOTP感知的主要细胞亚群及其靶点，以及它们在肿瘤组织中的空间定位和浸润深度。最后，我们选择蛋白质酪氨酸磷酸酶非受体型11（PTPN11）和雌激素受体1（ESR1）进行Western blot分析，因为这些蛋白在多种肿瘤类型中表达水平较高，并在分子对接中表现出高亲和力。同时，我们通过克隆实验评估了DOTP的致癌效应。实验结果表明，DOTP暴露显著增强了肿瘤细胞的增殖能力。这种增殖效应以及PTPN11和ESR1蛋白水平的上调均表现出浓度依赖性增强。本研究阐明了DOTP在常见肿瘤发展中的作用机制，为其毒理学特性和分子基础提供了理论依据，也为研究环境污染物的致癌机制提供了新的理论框架，并为制定针对化学暴露相关肿瘤的预防策略和靶向治疗奠定了基础。

部分内容摘录

DOTP的毒性评估

本研究利用ProTox¹⁶和ADMETlab¹⁷对目标化合物DOTP的毒性进行了多维度分析。这两种工具通过计算毒理学建模帮助研究人员快速筛选化合物的潜在毒性风险。ProTox整合了毒性分组规则、药物化学性质分析和毒性概率评分，而ADMETlab提供了可视化结果，显著提高了分子靶点的预测效率和可解释性

DOTP的毒性评估

根据ProTox毒理学分析平台的评估结果，DOTP的急性毒性预测值为3200 mg/kg，属于GHS分类中的5类毒性。该综合毒性参数预测的置信度为100%。该平台还提供了DOTP的分子描述数据（图1a），包括分子量（390.56 g/mol）、氢键位点（受体：4个，供体：0个）、原子组成和键合模式

讨论

我们通过多个数据库筛选了与DOTP致癌相关的基因，然后构建了一个蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）网络，并使用11种拓扑算法筛选出了核心PPI基因。最后，通过分子对接确定了六个与DOTP致癌相关的关键基因：PIK3CA、PTPN11、ESR1、PPARG、PTGS2和MAPK1。这些基因在细胞生长、分裂、分化、迁移、黏附、存活以及相关代谢通路的激活中起着关键作用

结论

本研究通过揭示DOTP与致癌相关蛋白PIK3CA、PTPN11、ESR1、PPARG、PTGS2和MAPK1的高亲和力结合，强调了其潜在的致癌风险。这些相互作用可能干扰细胞增殖、基因转录调控及相关致癌信号通路（如PI3K-Akt-mTOR和Ras-Raf-MEK-ERK），从而增强其致癌潜力。此外，这些DOTP靶蛋白在多种癌症中普遍过表达

作者贡献声明

张楚瑜：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，概念构思。李世琦：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，概念构思。朱晔：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，可视化，资源准备，概念构思。陈丽萍：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，概念构思。谢慧琳：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，概念构思。吴家强：撰写 – 审稿与编辑，撰写 –

利益冲突

作者声明本研究未涉及任何可能被视为潜在利益冲突的商业或财务关系。

数据和材料的可用性

数据可应要求提供。

资金来源

本工作得到了江西省中医药管理局科学技术计划[编号：2024B0057]的支持。

利益冲突声明

? 作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。

致谢

图表使用BioRender软件（BioRender.com）制作。