各位讀者好，今天為大家帶來一篇使用綜合運用網絡毒理學、機器學習和分子對接等前沿研究手段來研究PCPs相關化學物質與骨關節炎（OA）的關聯及潛在機制的純生信高分文章，是由重慶醫科大學公共衛生學院團隊2025年9月在Environment International發表的，題為“Associations of phenols, parabens, and phthalate compounds related to personal care products with osteoarthritis evidence from population-based and network toxicology studies”。深入探究了個人護理產品（PCPs）相關的酚類、 parabens和鄰苯二甲酸酯類化合物與骨關節炎（OA）的關聯，為PCPs成分的安全管理和OA預防提供科學依據，為環境與慢性病關聯研究提供參考。

發表雜志：

《Environment International》是環境科學與公共衛生領域的旗艦期刊，由 Elsevier 出版，創刊于 1978 年，現為月刊開放獲取期刊。其核心定位是通過跨學科研究，探討環境與人類健康的交互作用，涵蓋污染物暴露評估、風險治理、氣候變化影響等前沿議題。

2025 年影響因子：9.7 

ISSN：0160-4120

中科院分區：大類（環境科學與生態學）和小類（環境科學）均為 1 區 Top 期刊

發文量：每年出版文章數平均約829篇

發表成本：APC 費用3,790 美元

審稿周期：初審平均約 24 天，送審后 1-3 個月返回意見，投稿到接收平均約 101 天

《Environment International》是環境科學與環境健康領域國際核心期刊，以整合研究、發高影響力成果、助全球環境健康治理為目標，兼具跨學科廣、合作強、因子高、審稿高效的特點。科研者研究、專家寫環境治理綜述均以其為核心平臺，且在傳成果、銜接研究與政策、推跨國治理、護生態健康中起關鍵作用。

研究背景：

骨關節炎（OA）是全球致殘率最高的慢性肌肉骨骼疾病，除肥胖、衰老等傳統風險因素外，環境因素（如環境污染）的作用日益受到關注。個人護理產品（PCPs）含酚類、parabens和鄰苯二甲酸酯等化學物質，通過日常使用持續暴露人體，具有內分泌干擾作用，可能影響骨關節健康。現有研究多聚焦單一化學物質，忽略混合暴露效應，且分子機制研究多基于動物或細胞模型，缺乏人群層面機制解析。因此，本研究旨在通過人群數據與網絡毒理學結合，揭示PCPs相關化學物質與OA的關聯及潛在機制。         

    該研究探討了個人護理產品（PCPs）相關的酚類、 parabens 和鄰苯二甲酸酯類化合物與骨關節炎（OA）的關聯。通過分析美國國家健康與營養檢查調查（NHANES）數據，結合網絡毒理學和分子對接技術，發現部分PCPs相關化學物質（如MCiOP、BP-3、BPA、MeP、PrP）與OA患病率呈正相關，混合暴露模型顯示整體暴露與OA風險正相關，并識別出MFAP5和PRELP為潛在關鍵靶基因。

研究框架：

1.提出問題：

PCPs相關化學物質（酚類、parabens、鄰苯二甲酸酯）混合暴露是否與OA相關？其分子機制是什么？

2. 研究框架：

整合NHANES人群數據的流行病學分析與網絡毒理學、分子對接的機制研究，形成“暴露-關聯-機制”證據鏈。

3. 研究方法:

采用廣義線性模型、混合暴露模型（WQS、qgcomp、BKMR）分析化學物質與OA的關聯；通過網絡毒理學篩選靶基因，機器學習優化關鍵靶點，分子對接驗證蛋白-化學物質相互作用。

4. 分析數據：

NHANES數據校正混雜因素后分析單物質及混合暴露效應；基因表達數據經差異分析、PPI網絡構建篩選靶基因。

5. 研究結論：

綜合流行病學結果與機制研究，確定PCPs相關化學物質對OA的影響及關鍵靶基因。

工作流程示意圖

結果解析：

1. 研究對象篩選、化學品暴露分布及單物質與OA的關聯

展示6972名研究對象的篩選流程，納入14種個人護理產品相關化學物質（檢測頻率≥90%），其中甲基對羥基苯甲酸酯（MeP）濃度最高（56.98 μg/L）。相關性熱圖顯示鄰苯二甲酸代謝物MEHHP、MEOHP、MECPEP高度相關（r=0.94-0.98），而BP-3與其他化學物質相關性較弱（r=0.17-0.25）。單化學物質分析發現MCiOP、BP-3、BPA、MeP、PrP與骨關節炎（OA）呈顯著正相關，MnBP和MBzP呈負相關。

2. 個人護理產品相關化學物質混合暴露與OA的總體關聯

采用加權分位數和（WQS）、分位數G計算（qgcomp）和貝葉斯核機器回歸（BKMR）模型分析混合暴露效應。WQS模型顯示化學物質總體暴露與OA正相關（OR=1.28），MiBP（0.28）和MCiOP（0.25）權重最高；qgcomp模型驗證總體效應（OR=1.56），BP-3（0.17）和BPA（0.15）貢獻最大。BKMR模型進一步證實混合暴露的正向關聯，MCiOP、MiBP、PrP在固定其他化學物質濃度時仍與OA顯著相關。

3. 基于網絡毒理學的OA潛在靶基因篩選

整合4個GEO數據集的OA差異表達基因與14種化學物質的預測靶點，得到37個交集基因。GO富集顯示這些基因主要參與細胞外基質構成、糖胺聚糖結合等生物學過程。蛋白互作網絡分析（PPI）識別3個核心模塊，其中Cluster1評分最高（6.857），CytoHubba插件篩選出FMOD、CLEC3B、MFAP5等15個樞紐基因。

4. 機器學習模型篩選關鍵特征基因

構建113個機器學習模型，LASSO+GBM模型表現最優（平均AUC最高）。通過LASSO回歸和GBM模型特征重要性分析，結合PPI樞紐基因和模塊分析結果，篩選出CLEC3B、PRELP、MFAP5三個關鍵靶基因，其ROC曲線顯示良好的OA預測能力（AUC>0.77）。

5. 關鍵靶蛋白（MFAP5、PRELP）與個人護理產品化學物質的分子對接驗證

分子對接顯示MFAP5與BP-3、BPA、MCiOP、MBzP穩定結合（親和力<-5 kcal/mol）；PRELP與BP-3、BPA、MECPEP等10種化學物質穩定結合（親和力<-5 kcal/mol）。結果驗證了關鍵靶基因與化學物質的直接相互作用。

研究結論：

PCPs相關的酚類、parabens和鄰苯二甲酸酯化合物與OA患病率顯著相關，混合暴露整體增加OA風險；MFAP5和PRELP可能是PCPs影響OA的潛在關鍵靶基因，通過調控細胞外基質等途徑參與OA病理過程。

研究的創新性：

首次整合人群混合暴露模型（WQS、qgcomp、BKMR）與網絡毒理學、機器學習，系統解析PCPs相關化學物質與OA的關聯及分子機制；識別MFAP5和PRELP為全新OA環境暴露相關靶基因。

研究的不足之處：

橫斷面研究無法確定因果關系；OA診斷依賴自我報告可能存在偏倚；尿中化學物質濃度僅反映短期暴露；機制研究缺乏體內外實驗驗證。

研究展望：

建立前瞻性隊列驗證暴露與OA的時序關聯；通過細胞/動物實驗驗證MFAP5、PRELP的功能及化學物質的作用機制；探索PCPs與其他環境污染物的聯合效應；開發基于關鍵基因的OA早期診斷標志物或干預靶點。

研究意義：

揭示環境化學物質對OA的影響，為PCPs成分的安全管理和OA預防提供科學依據；提出的“流行病學-網絡毒理學-分子對接”研究范式可為環境與慢性病關聯研究提供參考。