《Reproductive Toxicology》：Integrative metabolomics and machine learning reveal the toxic mechanisms of elaidic acid in polycystic ovary syndrome
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PCOS模型研究發現高脂飲食中反式脂肪酸EA在血清及卵巢組織顯著蓄積，通過代謝組學與轉錄組學分析揭示其通過KDM5A等關鍵基因調控影響卵巢功能，激活JAK/STAT等炎癥通路，并導致線粒體功能障礙和氧化應激。
徐亞婷|寧莉|王瑞月|馬華|趙紅婷|司宇|修麗|任青玲
南京中醫藥大學第一臨床醫學院，江蘇省南京市210023，中國
摘要
背景
多囊卵巢綜合征（PCOS）的特征是生殖功能障礙和代謝紊亂，包括肥胖、胰島素抵抗和血脂異常。膳食中的反式脂肪酸，尤其是反油酸（EA），已被認為與代謝紊亂有關，但其在PCOS發病機制中的作用仍不清楚。
方法
我們建立了一種使用來曲唑和高脂飲食誘導的PCOS大鼠模型，通過血清代謝組學來評估EA的積累情況。我們利用WGCNA和差異表達分析方法識別了與EA暴露和PCOS相關的共同基因。應用機器學習模型篩選關鍵基因。GSVA和CIBERSORT用于評估通路活性和免疫細胞浸潤。在體外實驗中，將人顆粒膜樣KGN細胞暴露于EA（0–50 μM）下，以評估卵巢細胞的直接反應，包括細胞存活率、凋亡以及炎癥相關基因和關鍵基因的mRNA表達。分子對接和分子動力學模擬研究了EA與蛋白質的相互作用。
結果
PCOS大鼠體內的EA水平顯著升高，并伴有卵巢脂質沉積和代謝紊亂。綜合分析確定了五個與EA和PCOS相關的關鍵基因（KDM5A、CDK5、MTHFD1、NDUFB11、POLR1C）。機器學習模型證實了這些基因的預測價值。GSVA顯示JAK/STAT和Notch等炎癥通路的富集，而免疫細胞分析顯示NK細胞和巨噬細胞亞群發生了變化。在體外實驗中，較高濃度的EA顯著降低了KGN細胞的存活率，增加了凋亡比例，并上調了IL6和TNF-α的表達，同時IL1B的表達也有所增加；EA還上調了KDM5A的表達，同時下調了CDK5、MTHFD1、NDUFB11和POLR1C的表達，這與綜合預測的方向一致。
結論
在高脂飲食條件下，EA在PCOS大鼠體內積累，可能通過破壞能量代謝和促進炎癥激活來加劇卵巢功能障礙，這一現象在血清代謝組學、轉錄組學整合、免疫細胞浸潤分析和體外細胞反應中都得到了證實。這些發現表明EA是一種潛在的重要飲食來源的毒性代謝因素，可能參與了PCOS的病理生理過程。
引言
多囊卵巢綜合征（PCOS）是一種常見的內分泌和代謝紊亂，影響育齡女性，患病率約為6–15%。其主要臨床特征包括高雄激素血癥、排卵功能障礙和多囊卵巢形態。除了生殖異常外，PCOS患者還常伴有代謝綜合征的表現，如肥胖、胰島素抵抗和血脂異常，這些因素都會增加心血管和代謝疾病的長期風險[1]。
飲食因素，特別是高脂攝入，被認為在PCOS的發病和進展中起重要作用[2]。過量的脂質攝入會干擾卵巢類固醇的生成[3]，影響卵泡發育[4]，并加劇胰島素抵抗[5]。最近的研究表明，高脂飲食產生的代謝產物可以直接調節卵巢細胞的能量代謝和信號傳導，表明脂質代謝物是連接營養組成與卵巢功能的關鍵介質[6]。在這些代謝產物中，反油酸（EA）作為油酸的主要工業反式異構體，由于其廣泛存在于氫化油和加工食品中而受到越來越多的關注。先前的研究表明，EA可以誘導全身炎癥反應[7]、血脂異常和內皮功能障礙[8]。其反式構型會降低膜流動性并改變脂質信號傳導，從而損害代謝穩態[9]。
實驗動物
實驗所用的是3周大的Sprague-Dawley雌性大鼠（許可證編號：SCXK [Jing] 2021–0011），購自Charles River Laboratories。所有動物均飼養在SPF級別的屏障設施中，環境條件可控（溫度22 ± 2℃，濕度55 ± 10%），采用12小時光照/黑暗周期。該研究方案已獲得南京中醫藥大學動物倫理委員會的批準（批準編號：202204A054）。經過三天的適應期后，大鼠被隨機分組
PCOS大鼠模型表現出代謝紊亂和反油酸的積累
我們通過使用來曲唑和高脂飲食建立了PCOS大鼠模型，并在表型、代謝組學和卵巢結構層面對其特征進行了評估。與對照組（n = 6）相比，模型大鼠在實驗期間體重持續增加（圖1A），相對體重變化增大（圖1B），血清LH/FSH比值升高（圖1C），睪酮水平升高（圖1D），AMH濃度增加（圖1E）。腹腔葡萄糖
討論
本研究揭示了PCOS大鼠模型中反油酸的顯著積累，并通過整合網絡毒理學和機器學習結果，提出了EA可能通過破壞能量代謝和炎癥信號通路來影響卵巢功能的潛在機制。
最近的研究表明，在高脂飲食產生的代謝產物中，反式脂肪酸，尤其是反油酸，與代謝紊亂的發病機制有關。
結論
本研究系統地揭示了多囊卵巢綜合征中反油酸的顯著積累及其潛在的代謝毒理學機制。EA可能破壞嘌呤和能量代謝，損害線粒體功能，引發內質網應激，并激活炎癥信號通路，最終導致卵巢能量失衡和細胞損傷。作為一種與高脂攝入相關的有害飲食代謝物，EA可能是連接卵巢功能與代謝紊亂的關鍵介質。
作者貢獻聲明
馬華：概念設計。寧莉：數據管理。王瑞月：數據分析。徐亞婷：初稿撰寫、概念設計。修麗：實驗研究。任青玲：審稿與編輯。趙紅婷：數據分析。司宇：實驗研究。
作者貢獻
徐亞婷和寧莉設計了研究，進行了實驗，分析了數據，并起草了手稿。王瑞月參與了數據采集和動物實驗。馬華和趙紅婷協助了方法論和數據解釋。司宇和任青玲監督了項目，提供了關鍵修改意見，并批準了最終手稿。徐亞婷和寧莉對這項工作做出了同等貢獻。資助
本研究得到了以下機構的資助：國家自然科學基金（普通項目，編號82575123）、南京中醫藥大學“中醫領軍創新人才”資助計劃（編號CXZ2025009）、江蘇省中醫藥領軍人才培養項目（編號SLJ0307）、江蘇省研究生研究與實踐創新計劃（編號SJCX24_0962、KYCX25_2304）以及中國臨床醫學利益沖突聲明
作者聲明他們沒有已知的可能會影響本文研究的財務利益或個人關系。
