双酚F通过MARK2调控铁死亡抑制与上皮间质转化促进肺癌进展的机制研究

《Ecotoxicology and Environmental Safety》：Bisphenol F promotes lung cancer progression by MARK2-driven stimulation of proliferation, suppression of ferroptosis, and activation of EMT

　　本研究针对双酚F(BPF)作为双酚A替代品日益广泛应用但致癌机制不清的问题，通过体外实验和动物模型证实BPF通过上调MARK2表达促进非小细胞肺癌增殖、迁移并抑制铁死亡。研究发现MARK2作为BPF的关键效应靶点，其敲除可逆转BPF诱导的致癌表型，为环境污染物驱动的肺癌发病机制提供了新见解，对肺癌防治策略开发具有重要意义。

　　

随着全球范围内对双酚A(BPA)监管政策的逐步收紧，其替代品双酚F(BPF)在食品接触材料中的应用呈现爆发式增长。据Prophecy Market Insights报告，全球BPF市场规模在2024年已达19.94亿美元，预计到2034年将增长至25.66亿美元。然而，这种广泛应用背后的健康风险却未得到充分评估。虽然已有研究表明BPF具有与BPA相似的内分泌干扰特性和生殖毒性，但其在肿瘤分子进展中的作用，特别是在肺癌发生发展中的具体机制仍属未知领域。

肺癌作为全球发病率和死亡率最高的恶性肿瘤，每年新增约200万病例，造成约176万人死亡，其中非小细胞肺癌(NSCLC)占85%-90%。尽管传统危险因素如吸烟、环境污染物和遗传易感性已被广泛认知，但新兴环境化学物的致癌机制仍需深入探索。尤其值得注意的是，不同双酚类似物对NSCLC细胞产生截然不同的效应：BPA可通过激活Caspase-3和上调cyclin B1诱导H1299细胞凋亡，而BPF和BPS却不促进晚期凋亡，这种差异效应凸显了研究BPF在肺癌发展中特定作用的重要性。

在这项发表于《Ecotoxicology and Environmental Safety》的研究中，研究人员开展了一系列实验来阐明BPF在肺癌进展中的分子机制。研究团队采用细胞培养、基因沉默、动物模型建立、分子对接等技术手段，结合TCGA数据库分析，系统探讨了BPF对肺癌细胞恶性表型的影响及其作用靶点。

研究首先通过CCK-8法和克隆形成实验评估BPF对A549和H1299细胞增殖能力的影响，发现BPF处理呈现显著剂量效应关系：随着处理浓度增加，细胞增殖能力逐渐增强。同时，BPF暴露以剂量依赖方式显著增强铁死亡抑制，表现为细胞裂解物中MDA水平、细胞内Fe²⁺浓度和GSSG水平显著降低，而GSH水平明显升高。

在细胞迁移能力方面，划痕实验和Transwell实验结果显示，BPF以浓度依赖方式促进A549和H1299细胞迁移。特别在1μM浓度梯度下，细胞迁移速度显著加快，伴随典型上皮间质转化(EMT)标志物的动态改变：间质标志物N-cadherin和Vimentin表达上调，而上皮标志物E-cadherin表达下降。

通过整合CTD数据库获得的BPF潜在靶点与TCGA-LUAD数据，研究识别出8个核心候选基因，其中MARK2作为关键效应靶点脱颖而出。分子对接证实BPF与MARK2之间存在强结合亲和力，结合能为-6.4。临床相关性分析进一步显示，高表达MARK2的患者总生存期缩短。

机制研究表明，MARK2基因敲除有效逆转了BPF介导的致癌表型：不仅显著减弱BPF诱导的细胞增殖加速和铁死亡抑制，还有效阻断EMT进程。在皮下肿瘤移植模型中，BPF暴露进一步显著促进肺癌生长。

3.1. BPF促进A549和H1299细胞增殖并抑制铁死亡

研究人员通过浓度梯度实验发现，随着BPF浓度和处理时间增加，A549和H1299细胞活力逐渐增强，在1μM浓度梯度下细胞增殖活性变化最为显著。克隆形成实验显示统计学显著的剂量依赖性集落增加。Western blot分析表明BPF暴露的A549和H1299细胞中铁死亡调节蛋白发生剂量依赖性改变：FTH、SLC7A11和GPX4显著上调，同时TFR下调。此外，细胞裂解物中MDA水平、细胞内Fe²⁺浓度和GSSG水平均随BPF暴露增加而显著降低，而GSH水平则呈现浓度依赖性增加。

3.2. BPF促进A549和H1299细胞迁移并诱导EMT

肺癌进展关键取决于细胞增殖和迁移双重能力。BPF在0、0.01、0.1和1μM浓度梯度下促进A549和H1299细胞迁移能力，呈现浓度依赖性迁移增强。划痕实验显示BPF处理组细胞迁移更快，伤口宽度更窄，愈合能力更强。Transwell实验显示除0.01μM浓度梯度外，迁移细胞数量呈浓度依赖性增加。qRT-PCR和Western blot验证证实BPF以剂量响应方式上调间质标志物(N-cadherin、Vimentin)，同时减弱上皮E-cadherin表达。

3.3. 探索BPF相关肺癌致癌基因

为阐明BPF促进LUAD进展机制，研究人员整合CTD衍生的BPF靶点与TCGA-LUAD数据，识别出223个LUAD相关差异表达基因，从中通过单变量Cox回归选择46个预后基因，LASSO回归进一步细化出8个核心候选基因：NGEF、UQCRB、BORA、CSGALNACT1、MARK2、PPM1M、PTTG1IP和STAMBP。风险分层显示预后评分二分后的队列存在显著组间预后差异。

3.4. BPF与核心基因MARK2在肺癌中的作用

基于模型的风险分层将患者分为高危和低危组，比较生存分析显示高危组患者生存时间显著缩短。肿瘤组织与癌旁正常样本相比，NGEF、BORA、CSGALNACT1、MARK2、PPM1M、PTTG1IP和STAMBP表达存在显著差异。qRT-PCR显示BPF处理的A549和H1299细胞中MARK2诱导达到峰值。Kaplan-Meier分析表明MARK2表达降低的患者预后更佳，而高表达患者生存期缩短。

3.5. MARK2介导BPF诱导的细胞增殖和铁死亡抑制

除BPF组外，NC组、si-MARK2组和BPF联合si-MARK2组显示相似增殖能力，随着处理时间积累差距逐渐扩大。克隆形成实验证实相应趋势：BPF暴露培养产生最大集落数。Western blot分析显示BPF暴露的A549和H1299细胞与其他三组相比，铁死亡调节蛋白发生协调改变：FTH、SLC7A11和GPX4显著上调，同时TFR下调。与另外三组相比，BPF处理细胞中MDA水平以及细胞内Fe²⁺和GSSG浓度降低，而GSH水平呈现相反趋势。

3.6. MARK2敲低逆转BPF诱导的EMT表型

与仅BPF处理组相比，NC组、si-MARK2组和BPF联合si-MARK2组显示较弱迁移能力，si-MARK2可抑制BPF诱导的伤口愈合能力增强。Transwell实验显示仅BPF组迁移细胞数最大，而其他三组迁移水平相当。qRT-PCR和Western blot分析结果明确表明si-MARK2处理有效逆转BPF诱导的EMT增强。

本研究首次揭示BPF通过MARK2信号轴调控肺癌恶性表型的分子机制。研究发现BPF显著增强A549和H1299细胞的致癌表型，驱动增殖能力、迁移活性、EMT和铁死亡重编程。MARK2作为BPF驱动增殖、铁死亡抑制和EMT的关键调节因子，其敲除显著逆转BPF诱导的表型。这些发现建立了MARK2在BPF驱动肺癌进展中的核心调节作用。

MARK2作为丝氨酸/苏氨酸激酶，通过磷酸化微管相关蛋白调节细胞骨架动态重组。其在肿瘤微环境中的多维调节作用日益明显，如在乳腺癌中协调mTOR/HIF-1α介导的有氧糖酵解和p53依赖性凋亡抑制。在非小细胞肺癌中，MARK2上调伴随代谢重编程，高表达与不良预后显著相关。

铁死亡作为一种铁依赖性脂质过氧化驱动的程序性细胞死亡形式，在包括肺癌在内的多种肿瘤抑制中发挥关键作用。SLC7A11作为铁死亡核心调节因子，通过介导细胞内谷氨酸输出和细胞外胱氨酸输入的经典信号轴阻断铁死亡。本研究发现BPF通过MARK2调控这一过程，为环境污染物影响肿瘤细胞死亡机制提供了新视角。

BPF-MARK2轴可能代表连接环境暴露与非小细胞肺癌进展的新机制。MARK2有潜力成为肺癌的潜在治疗靶点或生物标志物。未来研究应包括BPF暴露的流行病学评估和调节MARK2活性策略的探索，这些努力最终可能为与环境双酚相关的肺癌预防和治疗方法提供信息。

该研究创新性地关注BPF通过MARK2信号轴调节肺癌恶性表型的分子机制，揭示了环境化学物与肿瘤信号网络间的相互作用，为理解双酚环境污染物在肺癌中的致癌作用提供了重要证据，通过强调MARK2在BPF作用中的关键角色，为肺癌靶向治疗提供了新的理论基础和潜在干预靶点。