浏览全部资源
扫码关注微信
苯并（a）芘通过NLRP3焦亡信号通路促进肺癌细胞LTEP-a-2恶性进展：基于生物信息学与细胞实验验证
Benzo(a)pyrene promotes malignant progression of human lung cancer LTEP-a-2 cells through the NLRP3 pyroptosis signaling pathway: Validation based on bioinformatics and cellular experiments
- 陆军军医大学学报 2026年48卷第6期 页码：709-721
- 作者机构：
1.贵州医科大学公共卫生与健康学院，环境污染与疾病监控教育部重点实验室，贵州贵阳
2.陆军军医大学（第三军医大学）军事预防医学系军队环境卫生学教研室，重庆
3.重庆理工大学药学与生物工程学院药学系，重庆
4.陆军军医大学（第三军医大学）军事预防医学系毒理学研究所，重庆
- 作者简介：
刘文斌，E-mail： liuwenbin@tmmu.edu.cn
- 基金信息：国家自然科学基金面上项目(82173556);重庆市自然科学基金面上项目(CSTB2024NSCQ-MSX0497);重庆市教委科学技术研究重点项目(KJZD-K202512808)
DOI：10.16016/j.2097-0927.202511095
中图分类号： R734.2;R730.23;R363.2收稿：2025-11-20，
修回：2026-01-30，
纸质出版：2026-03-30
- 稿件说明：
移动端阅览
邓双武，郭飞，彭万滔，等.苯并（a）芘通过NLRP3焦亡信号通路促进肺癌细胞LTEP-a-2恶性进展：基于生物信息学与细胞实验验证［J］.陆军军医大学学报，2026，48（06）：709-721.DOI：10.16016/j.2097-0927.202511095.
DENG S W，GUO F，PENG W T，et al.Benzo（a）pyrene promotes malignant progression of human lung cancer LTEP-a-2 cells through the NLRP3 pyroptosis signaling pathway： Validation based on bioinformatics and cellular experiments［J］.J Army Med Univ，2026，48（06）：709-721.DOI：10.16016/j.2097-0927.202511095.
邓双武，郭飞，彭万滔，等.苯并（a）芘通过NLRP3焦亡信号通路促进肺癌细胞LTEP-a-2恶性进展：基于生物信息学与细胞实验验证［J］.陆军军医大学学报，2026，48（06）：709-721.DOI：10.16016/j.2097-0927.202511095. DOI：
DENG S W，GUO F，PENG W T，et al.Benzo（a）pyrene promotes malignant progression of human lung cancer LTEP-a-2 cells through the NLRP3 pyroptosis signaling pathway： Validation based on bioinformatics and cellular experiments［J］.J Army Med Univ，2026，48（06）：709-721.DOI：10.16016/j.2097-0927.202511095. DOI：
摘要
目的
2
苯并（a）芘（benzopyrene，BaP）作为最常见的多环芳烃类污染物，具有强效致癌、致畸和炎症毒性作用，既往研究发现，BaP可通过抑制人支气上皮细胞恶性转化后的铁死亡进而促进其侵袭与迁移能力，但尚不明确BaP能否调控肿瘤细胞焦亡，本研究目的是为了阐明BaP通过抑制LTEP-a-2细胞焦亡促进肺癌侵袭和迁移的作用机制。
方法
2
基于比较毒理基因组学数据库（comparative toxicogenomics database，CTD）获取BaP可能的潜在基因；基于基因表达数据库（gene expression omnibus，GEO）筛选肺癌相关差异基因。对上述2组基因进行交集分析，获取候选基因集。通过STRING数据库进行蛋白-蛋白相互作用（protein-protein interaction，PPI）网络分析，利用Cytoscape软件进行拓扑属性分析，依据节点度值筛选关键核心靶基因。通过Kaplan-Meier Plotter数据库对PPI网络筛选出的候选基因进行生存分析。采用AutoDock Vina对BaP与各靶蛋白进行分子对接模拟，预测其结合构象并计算结合自由能。使用PyMOL软件进行可视化与分析，通过LigPlot+生成二维相互作用图展示与分析配体-受体间的相互作用。使用梯度浓度BaP（0、0.1、1和10 μmol/L）处理人肺癌细胞LTEP-a-2 48 h，通过CCK-8法检测细胞活力，Transwell实验分析细胞侵袭迁移能力，LDH释放实验评估细胞毒性，采用Annexin V-FITC/PI流式细胞术检测细胞凋亡；通过ELISA定量上清中IL-1β和IL-18水平，采用RT-qPCR和Western blot检测焦亡关键分子（NLRP3、ASC、Caspase-1、GSDMD、IL-1β、IL-18）表达。采用BaP联合焦亡激动剂以及焦亡抑制剂联合焦亡激动剂处理后检测细胞活力与侵袭迁移能力，分析焦亡相关指标（IL-1β/IL-18释放、焦亡关键分子表达）的变化。
结果
2
体外实验表明，与对照组相比，1和10 μmol/L BaP处理能显著促进人肺癌细胞LTEP-a-2的增殖与侵袭迁移能力（
P
<
0.01），但未引起细胞凋亡的显著变化。生物信息学分析提示BaP相关基因显著富集于细胞焦亡通路。不同剂量BaP处理显著抑制了细胞焦亡，表现为LDH释放减少（
P
<
0.05），炎症因子IL-1β和IL-18的分泌下调，以及焦亡通路关键分子（NLRP3、ASC、Caspase-1、GSDMD、IL-1β、IL-18）的mRNA和蛋白表达均显著下降（
P
<
0.05）。与之相反，焦亡激动剂处理（与对照组相比）则诱发了明显的焦亡表型，并抑制了细胞增殖与侵袭迁移能力（
P
<
0.05）。而BaP或焦亡抑制剂联合焦亡激动剂处理组中，焦亡激动剂对肿瘤细胞增殖和侵袭迁移能力的抑制效应均被显著回复（
P
<
0.01）。生信预测及分子对接提示NLRP3和PTGS2可能是BaP调控肺癌细胞焦亡的潜在作用靶点。
结论
2
BaP可通过抑制LTEP-a-2细胞NLRP3-Caspase-1-GSDMD焦亡信号通路，进而促进其侵袭和迁移。
Abstract
Objective
2
Benzo(a)pyrene (BaP)
as the most common polycyclic aromatic hydrocarbon pollutant
exhibits potent carcinogenic
teratogenic
and inflammatory toxic effects. Previous studies have demonstrated that BaP promotes invasion and migration capabilities of human bronchial epithelial cells following malignant transformation by suppressing ferroptosis; however
whether BaP can regulate tumor cell pyroptosis remains unclear. This study aims to elucidate the mechanism by which BaP promotes lung cancer invasion and migration through suppressing pyroptosis in human lung cancer cell line LTEP-a-2.
Methods
2
Potential target genes of BaP were retrieved from the Comparative Toxicogenomics Database (CTD)
and lung cancer-related differentially expressed genes (DEGs) were screened from the Gene Expression Omnibus (GEO) database. Subsequently
an intersection analysis of these 2 gene sets was performed to obtain key candidate genes. Protein-Protein Interaction (PPI) network analysis on these candidate genes was conducted using the STRING database
and topological attribute analysis was performed for topological properties with Cytoscape software to screen key hub target genes based on high node degree values. Survival analysis of these PPI-derived hub genes was performed using the Kaplan-Meier Plotter database. Molecular docking simulations between BaP and each target protein were conducted with AutoDock Vina to predict binding conformations and calculate binding free energies. Visualization and analysis of the docking results were carried out using PyMOL software
and detailed ligand-receptor interactions were visualized and analyzed using 2D interaction diagrams generated by LigPlot+. LTEP-a-2 cells were exposed to gradient concentrations of BaP (0
0.1
1
and 10 μmol/L) for 48 h. Subsequently
cell viability was evaluated with CCK-8 assay
invasive and migratory capabilities were assessed with Transwell assay
cytotoxicity was determined by lactate dehydrogenase (LDH) release assay
and apoptosis was detected
via
Annexin V-FITC/PI flow cytometry. The concentrations of IL-1β and IL-18 in the supernatant were determined by enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA). RT-qPCR and Western blotting were performed to measure the expression of key pyroptosis-related molecules (NLRP3
ASC
caspase-1
GSDMD
IL-1β
and IL-18) at mRNA and protein levels. Cell viability and invasive/migratory capabilities were assessed after LTEP-a-2 cells treated with BaP combined with pyroptosis agonists
as well as pyroptosis inhibitors combined with pyroptosis agonists. Concurrently
alterations i
n pyroptosis-related indicators
including IL-1β/IL-18 release and expression of the aforementioned key molecules
were examined.
Results
2
In vitro
experiments demonstrated that compared to the control group
exposure to 1 or 10 μmol/L BaP significantly promoted the proliferation
invasion
and migration of LTEP-a-2 cells (
P
<
0.01)
but did not induced obvious changes in apoptosis. Bioinformatics analysis revealed significant enrichment of BaP-related genes in the pyroptosis pathway. Treatment with different doses of BaP significantly inhibited pyroptosis
as evidenced by reduced LDH release (
P
<
0.05)
downregulated secretion levels of the inflammatory cytokines IL-1β and IL-18
and notable decreases in both mRNA and protein expression levels of key molecules in the pyroptosis pathway (NLRP3
ASC
caspase-1
GSDMD
IL-1β
and IL-18) (
P
<
0.05). Conversely
pyroptosis agonist (compared to the control group) induced pronounced pyroptotic phenotypes and suppressed cell proliferation and invasive and migratory capacities (
P
<
0.05). In the BaP or pyroptosis inhibitor combined with pyroptosis agonist treatment groups
the inhibitory effects of the agonists on tumor cell proliferation and invasion/migration were significantly reversed (
P
<
0.01). Bioinformatics prediction and molecular docking analysis indicated that NLRP3 and PTGS2 may serve as potential molecular targets for BaP-mediated regulation of pyroptosis in lung cancer cells.
Conclusion
2
BaP promotes the invasion and migration of LTEP-a-2 cells by inhibiting the NLRP3-caspase-1-GSDMD pyroptosis signaling pathway.
关键词
Keywords
references
NAJURUDEEN N A N B ， KHAN M F ， SURADI H ， et al . The presence of polycyclic aromatic hydrocarbons （PAHs） in air particles and estimation of the respiratory deposition flux ［J］. Sci Total Environ ， 2023 ， 878 ： 163129 . DOI： 10.1016/j.scitotenv.2023.163129 http://dx.doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.163129 .
DAS D N ， RAVI N . Influences of polycyclic aromatic hydrocarbon on the epigenome toxicity and its applicability in human health risk assessment ［J］. Environ Res ， 2022 ， 213 ： 113677 . DOI： 10.1016/j.envres.2022.113677 http://dx.doi.org/10.1016/j.envres.2022.113677 .
MONTES-ALVARADO J B ， GARCIA-IBAÑEZ P ， MORENO D A ， et al . Brassica Extracts prevent benzo（a）pyrene-induced transformation by modulating reactive oxygen species and autophagy ［J］. Int J Mol Sci ， 2025 ， 26 （ 19 ）： 9519 . DOI： 10.3390/ijms26199519 http://dx.doi.org/10.3390/ijms26199519 .
XIAO Y ， LIU C L ， GUAN X ， et al . Plasma tRNA-derived small RNAs mediated the association between benzo ［a］ pyrene exposure with lung cancer risk among Chinese adults from a case-control study ［J］. Ecotoxicol Environ Saf ， 2025 ， 295 ： 118129 . DOI： 10.1016/j.ecoenv.2025.118129 http://dx.doi.org/10.1016/j.ecoenv.2025.118129 .
YANG Y ， JIN M ， MENG Y J ， et al . Involvement and targeted intervention of benzo（a）pyrene-regulated apoptosis related proteome modification and Muti-drug resistance in hepatocellular carcinoma ［J］. Cell Death Dis ， 2023 ， 14 （ 4 ）： 265 . DOI： 10.1038/s41419-023-05771-7 http://dx.doi.org/10.1038/s41419-023-05771-7 .
LIU Z Q ， ZHAO L M ， GAO T ， et al . Reshaping cell fate： Recent advances in CHAC1-mediated pathways of programmed cell death in disease and prognosis ［J］. Biochem Biophys Res Commun ， 2025 ， 789 ： 152849 . DOI： 10.1016/j.bbrc.2025.152849 http://dx.doi.org/10.1016/j.bbrc.2025.152849 .
MENG Y M ， CHEN Q ， ZHOU Z J ， et al . Regulated cell death in cancer： Mechanisms， crosstalk， and opportunities for therapy ［J］. Cancer Lett ， 2025 ， 635 ： 218077 . DOI： 10.1016/j.canlet.2025.218077 http://dx.doi.org/10.1016/j.canlet.2025.218077 .
HOHORST L ， ROS U ， GARCIA-SAEZ A J . Mitochondrial dynamics and pore formation in regulated cell death pathways ［J］. Trends Biochem Sci ， 2025 ， 50 （ 11 ）： 1001 - 1014 . DOI： 10.1016/j.tibs.2025.09.001 http://dx.doi.org/10.1016/j.tibs.2025.09.001 .
LIU Y T ， OUYANG L L ， MAO C ， et al . Inhibition of RNF182 mediated by Bap promotes non-small cell lung cancer progression ［J］. Front Oncol ， 2023 ， 12 ： 1009508 . DOI： 10.3389/fonc.2022.1009508 http://dx.doi.org/10.3389/fonc.2022.1009508 .
TEKPLI X ， RIVEDAL E ， GORRIA M ， et al . The B ［a］ P-increased intercellular communication via translocation of connexin-43 into gap junctions reduces apoptosis ［J］. Toxicol Appl Pharmacol ， 2010 ， 242 （ 2 ）： 231 - 240 . DOI： 10.1016/j.taap.2009.10.012 http://dx.doi.org/10.1016/j.taap.2009.10.012 .
WANG N ， CHEN H Q ， ZENG Y ， et al . Benzo（a）pyrene promotes the malignant progression of malignant-transformed BEAS-2B cells by regulating YTH N6-methyladenosine RNA binding protein 1 to inhibit ferroptosis ［J］. Toxicology ， 2024 ， 507 ： 153886 . DOI： 10.1016/j.tox.2024.153886 http://dx.doi.org/10.1016/j.tox.2024.153886 .
LIU Z X ， XU S M ， CHEN L ， et al . The role of pyroptosis in cancer： key components and therapeutic potential ［J］. Cell Commun Signal ， 2024 ， 22 （ 1 ）： 548 . DOI： 10.1186/s12964-024-01932-z http://dx.doi.org/10.1186/s12964-024-01932-z .
ZHAO C Y ， MU M C ， LI X P ， et al . USP50 regulates NLRP3 inflammasome activation in duodenogastric reflux-induced gastric tumorigenesis ［J］. Front Immunol ， 2024 ， 15 ： 1326137 . DOI： 10.3389/fimmu.2024.1326137 http://dx.doi.org/10.3389/fimmu.2024.1326137 .
DIGHE S ， JAIN S . Nanotherapeutics-induced pyroptosis for targeted cancer therapy： mechanistic insights and translational prospects ［J］. Drug Discov Today ， 2025 ， 30 （ 12 ）： 104521 . DOI： 10.1016/j.drudis.2025.104521 http://dx.doi.org/10.1016/j.drudis.2025.104521 .
SUN S J ， QIAN L . Activation of the caspase-1/gasdermin D pathway via α-linolenic acid-mediated GPR120 signaling induces pyroptosis and suppresses ovarian cancer tumor growth ［J］. Anticancer Drugs ， 2025 ， 37 （ 3 ）： 190 - 203 . DOI： 10.1097/CAD.0000000000001789 http://dx.doi.org/10.1097/CAD.0000000000001789 .
BAI Y ， PAN Y D ， LIU X . Mechanistic insights into gasdermin-mediated pyroptosis ［J］. Nat Rev Mol Cell Biol ， 2025 ， 26 （ 7 ）： 501 - 521 . DOI： 10.1038/s41580-025-00837-0 http://dx.doi.org/10.1038/s41580-025-00837-0 .
ZHANG S Y ， HE W ， LIN X Y ， et al . Oxidative stress and pyroptosis mediated by CEBPB/HMGB1 signaling in sepsis-exacerbated coronary atherosclerosis ［J］. Antioxid Redox Signal ， 2025 ， 43 （ 16/17/18 ）： 886 - 912 . DOI： 10.1177/15230864251380263 http://dx.doi.org/10.1177/15230864251380263 .
GHOLAMI-BORUJENI F ， SARVESTANI R A ， MORTEZAZADEH F ， et al . Assessing health risks of polycyclic aromatic hydrocarbons （PAHs） in cooked fish using Monte Carlo simulation： a global review and meta-analysis ［J］. J Environ Health Sci Eng ， 2024 ， 22 （ 2 ）： 425 - 438 . DOI： 10.1007/s40201-024-00922-0 http://dx.doi.org/10.1007/s40201-024-00922-0 .
SINGH L ， VARSHNEY J G ， AGARWAL T . Polycyclic aromatic hydrocarbons’ formation and occurrence in processed food ［J］. Food Chem ， 2016 ， 199 ： 768 - 781 . DOI： 10.1016/j.foodchem.2015.12.074 http://dx.doi.org/10.1016/j.foodchem.2015.12.074 .
LATIFI A M ， ABDI F ， MIRI M ， et al . Association between exposure to polycyclic aromatic hydrocarbons and reproductive health outcomes： a systematic review and meta-analysis ［J］. J Health Popul Nutr ， 2025 ， 44 （ 1 ）： 382 . DOI： 10.1186/s41043-025-01104-w http://dx.doi.org/10.1186/s41043-025-01104-w .
YI L Y ， WANG W C ， SUN Z H ， et al . Deciphering the carcinogenic role of benzo ［a］ pyrene in glioblastoma： Insights from network toxicology， single-cell transcriptomics， and Mendelian randomization ［J］. Ecotoxicol Environ Saf ， 2025 ， 304 ： 119155 . DOI： 10.1016/j.ecoenv.2025.119155 http://dx.doi.org/10.1016/j.ecoenv.2025.119155 .
SIEGEL R L ， KRATZER T B ， GIAQUINTO A N ， et al . Cancer statistics， 2025 ［J］. CA Cancer J Clin ， 2025 ， 75 （ 1 ）： 10 - 45 . DOI： 10.3322/caac.21871 http://dx.doi.org/10.3322/caac.21871 .
XIAO Y ， LIU C L ， FU Y ， et al . Mediation of association between benzo ［a］ pyrene exposure and lung cancer risk by plasma microRNAs： a Chinese case-control study ［J］. Ecotoxicol Environ Saf ， 2024 ， 271 ： 115980 . DOI： 10.1016/j.ecoenv.2024.115980 http://dx.doi.org/10.1016/j.ecoenv.2024.115980 .
HANAHAN D ， WEINBERG R A . Hallmarks of cancer： the next generation ［J］. Cell ， 2011 ， 144 （ 5 ）： 646 - 674 . DOI： 10.1016/j.cell.2011.02.013 http://dx.doi.org/10.1016/j.cell.2011.02.013 .
ZHANG Y ， XU M D ， GUO Y J ， et al . Programmed cell death and Salmonella pathogenesis： an interactive overview ［J］. Front Microbiol ， 2024 ， 14 ： 1333500 . DOI： 10.3389/fmicb.2023.1333500 http://dx.doi.org/10.3389/fmicb.2023.1333500 .
饶航 ， 杨虹 ， 熊梦源 ， 等 . 奥沙利铂通过诱导胃癌细胞铜死亡抑制胃癌 ［J］. 陆军军医大学学报 ， 2025 ， 47 （ 24 ）： 3056 - 3064 . DOI： 10.16016/j.2097-0927.202509094 http://dx.doi.org/10.16016/j.2097-0927.202509094 .
RAO H ， YANG H ， XIONG M Y ， et al . Oxaliplatin suppresses gastric cancer by inducing cuproptosis ［J］. J Army Med Univ ， 2025 ， 47 （ 24 ）： 3056 - 3064 . DOI： 10.16016/j.2097-0927.202509094 http://dx.doi.org/10.16016/j.2097-0927.202509094 .
LI H ， YUAN L ， LI X Y ， et al . Isoorientin attenuated the pyroptotic hepatocyte damage induced by benzo ［a］ pyrene via ROS/NF-κB/NLRP3/caspase-1 signaling pathway ［J］. Antioxidants ， 2021 ， 10 （ 8 ）： 1275 . DOI： 10.3390/antiox10081275 http://dx.doi.org/10.3390/antiox10081275 .
KOMETANI T ， YOSHINO I ， MIURA N ， et al . Benzo ［a］ pyrene promotes proliferation of human lung cancer cells by accelerating the epidermal growth factor receptor signaling pathway ［J］. Cancer Lett ， 2009 ， 278 （ 1 ）： 27 - 33 . DOI： 10.1016/j.canlet.2008.12.017 http://dx.doi.org/10.1016/j.canlet.2008.12.017 .
WANG L F ， SUN L ， BYRD K M ， et al . AIM2 inflammasome’s first decade of discovery： focus on oral diseases ［J］. Front Immunol ， 2020 ， 11 ： 1487 . DOI： 10.3389/fimmu.2020.01487 http://dx.doi.org/10.3389/fimmu.2020.01487 .
CHAUHAN D ， VANDE WALLE L ， LAMKANFI M . Therapeutic modulation of inflammasome pathways ［J］. Immunol Rev ， 2020 ， 297 （ 1 ）： 123 - 138 . DOI： 10.1111/imr.12908 http://dx.doi.org/10.1111/imr.12908 .
华庆妮 ， 陈月月 ， 吴素玲 . 麦冬多糖通过抑制TNF-α/NF-κB/NLRP3信号通路减轻干燥综合征小鼠颌下腺炎症 ［J］. 陆军军医大学学报 ， 2025 ， 47 （ 23 ）： 2913 - 2921 . DOI： 10.16016/j.2097-0927.202508016 http://dx.doi.org/10.16016/j.2097-0927.202508016 .
HUA Q N ， CHEN Y Y ， WU S L . Ophiopogonis polysaccharides inhibit TNF-α/NF-κB/NLRP3 pathway to mitigate submandibular gland inflammation in a Sjögren’s syndrome murine model ［J］. J Army Med Univ ， 2025 ， 47 （ 23 ）： 2913 - 2921 . DOI： 10.16016/j.2097-0927.202508016 http://dx.doi.org/10.16016/j.2097-0927.202508016 .
BUKOWSKA B ， MOKRA K ， MICHAŁOWICZ J . Benzo ［a］ pyrene： environmental occurrence， human exposure， and mechanisms of toxicity ［J］. Int J Mol Sci ， 2022 ， 23 （ 11 ）： 6348 . DOI： 10.3390/ijms23116348 http://dx.doi.org/10.3390/ijms23116348 .
SROGI K . Monitoring of environmental exposure to polycyclic aromatic hydrocarbons： a review ［J］. Environ Chem Lett ， 2007 ， 5 （ 4 ）： 169 - 195 . DOI： 10.1007/s10311-007-0095-0 http://dx.doi.org/10.1007/s10311-007-0095-0 .
TALASKA G ， JAEGER M ， REILMAN R ， et al . Chronic， topical exposure to benzo ［a］ pyrene induces relatively high steady-state levels of DNA adducts in target tissues and alters kinetics of adduct loss ［J］. Proc Natl Acad Sci U S A ， 1996 ， 93 （ 15 ）： 7789 - 7793 . DOI： 10.1073/pnas.93.15.7789 http://dx.doi.org/10.1073/pnas.93.15.7789 .
0
浏览量
6
下载量
0
CSCD
- 网络PDF下载
- WORD下载
- Meta-XML下载
- BibTeX下载
- Endnote下载
- RefMan 下载
- NoteExpress下载
- NoteFirst下载
关联资源
相关文章
相关作者
相关机构
- 技术支持由北京北大方正电子有限公司提供 京ICP备09064830号-19
京公网安备11010802024621 - 本系统建议在Chrome、 IE9+ 以上版本浏览器阅读本站内容，360浏览器请切换至极速模式
- Cookies帮助我们提供服务并提供个性化体验。使用本网站，即表示您同意我们使用Cookies
