计算虚拟扰动:网络毒理+虚拟敲除

摘要

环境因素是肺动脉高压(PAH)发病的重要诱因。对苯2甲酸2(2‑乙基己基)酯(DOTP)是日常生活广泛使用的增塑剂,存在潜在健康危害。然而,长期DOTP暴露诱发肺动脉高压发生发展的分子机制尚不明确。本研究整合网络毒理学、虚拟基因敲除、分子对接以及实验验证技术,探究DOTP暴露与肺动脉高压之间关联的分子机制。 本研究筛选得到DOTP的4个核心靶点(AKT1、EGFR、KDR、SRC),并开展scTenifoldKnk虚拟敲除分析。功能富集结果表明,AKT1、EGFR、KDR可显著扰动与肺动脉内皮细胞(PAEC)损伤、迁移调控相关的信号通路。后续采用CCK‑8、LDH释放实验、RT‑qPCR、Transwell迁移实验证实:DOTP暴露可造成肺动脉内皮细胞损伤并促进细胞迁移,同时上调AKT1、EGFR、KDR的表达。最后,通过分子对接与分子动力学模拟解析DOTP与靶蛋白的相互作用以及构象变化。 本研究揭示DOTP诱导肺动脉高压发生发展的分子机制,为探究环境污染物造成肺动脉内皮细胞功能异常、诱发肺动脉高压的病理机制提供新的理论依据。

wangyingj@fmmu.edu.cn

qinxiangyang@fmmu.edu.cn

#肺动脉内皮细胞 #对苯二甲酸二酯 #DOTP #网络毒理学 #肺动脉高压

结果

DOTP潜在靶蛋白的筛选

图1 DOTP潜在靶蛋白的收集

(A) DOTP化学分子结构示意。

(B) DOTP相关靶蛋白数量统计。

肺动脉高压相关差异表达基因与共表达网络的筛选

图2 网络毒理学筛选DOTP‑肺动脉高压关键互作靶点

(A) 肺动脉高压相关靶蛋白数目。

(B) DOTP与肺动脉高压靶点的韦恩图。

(C,D) 交集靶蛋白的蛋白质‑蛋白质相互作用(PPI)网络。

(E‑G) 采用MCODE、CytoNCA、CytoHubba‑MCC算法计算高连通性子网络;颜色深浅代表权重评分。

(H) 鉴定得到6个核心靶点。

靶点功能分析与通路富集分析

图3 DOTP暴露与肺动脉高压交集靶点的富集分析

(A‑C) 交集靶点的GO功能富集分析。

(D) 交集靶点的KEGG通路富集分析。

肺动脉高压的单细胞RNA测序图谱分析

图4 肺动脉高压单细胞RNA测序图谱

(A,B) Harmony批次校正前后细胞的UMAP降维图。

(C) 全部细胞整合UMAP图,按照样本组别着色。

(D) 数据集鉴定出14种细胞类型的注释UMAP图。

(E) 细胞类型注释所用标志性基因的点图,展示各细胞类型的平均表达水平与细胞表达占比。

scTenifoldKnk虚拟敲除提示核心靶点参与肺动脉内皮细胞迁移调控

图5 核心基因虚拟敲除扰动与功能富集分析

(A‑D) 扰动排名靠前基因的热图与火山图。

(E‑G) 各基因敲除后扰动基因集的KEGG富集分析。X轴:Z得分(扰动强度);Y轴:‑log₁₀(校正后P值);水平虚线代表显著性阈值。

DOTP暴露诱导肺动脉内皮细胞损伤与迁移,并上调AKT1、EGFR、KDR蛋白表达水平

图6 DOTP暴露诱导肺动脉内皮细胞损伤与迁移

(A) CCK‑8实验筛选DOTP最适作用浓度(n=4)。

(B) LDH释放实验检测肺动脉内皮细胞毒性(n=4)。

(C) RT‑qPCR检测DOTP处理后肺动脉内皮细胞中TNF‑α、IL‑1β的 mRNA表达(n=6)。

(D) Western blot检测ET1、eNOS蛋白表达(n=6)。

(E) Transwell实验检测肺动脉内皮细胞迁移能力(n=6)。

(F) Western blot检测核心靶点蛋白表达(n=6)。

(G) 免疫荧光染色进一步检测核心靶点蛋白表达(n=6);比例尺50 μm。所有数据为均值±标准差;采用单因素方差分析。NOR:常氧;HYP:缺氧。*p<0.05,**p<0.01,***p<0.001。

DOTP与核心靶点的分子对接

图7 核心靶点与DOTP分子的对接结果

(A‑C) DOTP分别结合AKT1 (A)、EGFR (B)、KDR (C)的蛋白表面图、卡通结构图、3维结合模式、2维相互作用示意。蛋白表面不同颜色代表不同蛋白结构域;2维相互作用:浅绿色‑范德华力;深绿色‑常规氢键;淡绿色‑碳‑氢键;品红色‑π‑π T型相互作用;浅品红色‑烷基相互作用与π‑烷基相互作用。

DOTP与核心靶点的分子动力学模拟

图8 DOTP与核心靶点的分子动力学模拟

(A) DOTP‑靶蛋白复合物随模拟时间变化的RMSD(均方根偏差)。

(B) DOTP‑靶蛋白复合物随模拟时间变化的Rg(回转半径)。

(C) 模拟过程中DOTP‑靶蛋白复合物3维自由能曲面分析。

(D) 蛋白氨基酸残基的RMSF(均方根涨落)。

(E) DOTP‑靶蛋白复合物埋藏溶剂可及表面积SASA动态变化。

(F) 分子动力学模拟过程中氢键形成动态。

RMSD,均方根偏差;Rg,回转半径;SASA,溶剂可及表面积;RMSF,均方根涨落。

详细总结

思维导图

研究背景

靶点筛选与核心Hub基因

scTenifoldKnk虚拟敲除结果

分子对接结果

分子动力学模拟

100 ns

体外PAEC肺动脉内皮细胞湿实验结果

研究局限性

论文明确指出

参考

Int J Mol Sci. 2026 Sep 10;27(18):8064. doi: 10.3390/ijms27188064.

Exploring the Toxicological Impacts of DOTP Exposure on Pulmonary Arterial Hypertension via Network Toxicology, Virtual Knockout, Molecular Docking and Experimental Validation

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