【摘要】：多氯聯(lián)苯(Polychlorinated biphenyls, PCBs)是具有高毒性、持久性、易于生物積累、能在環(huán)境中長距離轉(zhuǎn)移等特點(diǎn)的含氯有機(jī)化合物。PCBs具有高脂溶性、低水溶性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等特性,導(dǎo)致其易在脂肪組織中發(fā)生蓄積從而富集到生物體內(nèi),并能沿著食物鏈逐級放大,最終對食物鏈頂端的人類和動物的健康產(chǎn)生危害。多溴聯(lián)苯醚(Polybrominated diphenyl ethers, PBDEs)是一種性能優(yōu)異的溴代阻燃劑,被廣泛使用于工業(yè)產(chǎn)品特別是電子產(chǎn)品以及泡沫、家具和室內(nèi)裝飾品等產(chǎn)品中。PBDEs是一種高脂溶性、低水溶性的化合物,易于在生物體內(nèi)積累并通過食物鏈濃縮放大,且PBDEs具有非常穩(wěn)定的理化性質(zhì),難以降解,因此PBDEs對動物和人類的潛在危害已經(jīng)引起了世界范圍的持續(xù)關(guān)注。實(shí)驗(yàn)研究證實(shí)多種PCBs和PBDEs及其羥基化衍生物具有內(nèi)分泌干擾活性,對包括雌激素、雄激素和甲狀腺激素在內(nèi)的多種內(nèi)分泌激素產(chǎn)生干擾。然而,由于PCBs和PBDEs及其羥基化衍生物的種類繁多,如果逐一測定內(nèi)分泌干擾活性不僅需要大量的人力、時間和資金,而且不同研究者測得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果也具有一定的差異和不確定性,導(dǎo)致對PCBs和PBDEs的內(nèi)分泌干擾作用的微觀機(jī)理研究及生態(tài)風(fēng)險評價工作仍存在一定不足。因此,有必要依托有限的毒性數(shù)據(jù),選用更有效率和成本更低的方法,如定量結(jié)構(gòu)-活性關(guān)系(Quantitative structure-activity relationship, QSAR)來研究PCBs和PBDEs及其羥基化衍生物的內(nèi)分泌干擾活性,為探究PCBs和PBDEs及其羥基化衍生物對生物體的內(nèi)分泌干擾作用的微觀機(jī)理提供有益參考,為進(jìn)一步的生態(tài)風(fēng)險評價提供數(shù)據(jù)支撐。本論文工作以PCBs和PBDEs及其羥基化衍生物(HO-PCBs和HO-PBDEs)為目標(biāo)化合物,采用3D-QSAR、分子對接和分子動力學(xué)模擬相結(jié)合的方法研究上述化合物的內(nèi)分泌干擾活性的定量結(jié)構(gòu)-活性關(guān)系,建立內(nèi)分泌干擾活性預(yù)測模型,分析目標(biāo)化合物與內(nèi)分泌相關(guān)受體間的作用機(jī)理。論文第一章對PCBs和PBDEs及其羥基化衍生物內(nèi)分泌干擾活性的實(shí)驗(yàn)研究情況做了簡單介紹,并介紹了QSAR、分子對接以及分子動力學(xué)模擬方法的基本思想、操作步驟及其應(yīng)用。論文第二章包括三部分。在第二章第一節(jié),采用3D-QSAR,分子對接和分子動力學(xué)模擬相結(jié)合的方法研究了PCBs結(jié)構(gòu)與抗雄激素活性的關(guān)系。本節(jié)中采取分子對接方法獲得PCBs在雄激素受體中的活性構(gòu)象,以活性構(gòu)象為基礎(chǔ)建立抗雄激素活性的3D-QSAR預(yù)測模型,所得模型具有良好的穩(wěn)健性和預(yù)測能力(q2=0.665,r2=0.945)。通過分子對接和分子動力學(xué)模擬方法分析了PCBs與雄激素受體的相互作用,結(jié)果表明配體-受體之間存在較強(qiáng)的疏水相互作用。結(jié)合自由能計(jì)算結(jié)果表明疏水作用是PCBs與雄激素受體形成復(fù)合物的主要驅(qū)動力。氨基酸殘基Leu704, Leu707, Met742, Met745和Phe764是影響結(jié)合的重要?dú)埢Ｔ诘诙碌诙?jié),我們通過3D-QSAR研究了HO-PCBs的結(jié)構(gòu)與抗雄激素活性的關(guān)系。對訓(xùn)練集通過區(qū)域聚焦得到的預(yù)測模型的q2為0.554,r2為0.918,預(yù)測模型的穩(wěn)健性和預(yù)測能力令人滿意,并且提供了影響抗雄激素活性的結(jié)構(gòu)特征。通過分子對接發(fā)現(xiàn)HO-PCBs與氨基酸殘基Gln711形成的氫鍵以及與疏水性殘基的疏水作用對于HO-PCBs與雄激素受體的結(jié)合發(fā)揮了重要作用,分子動力學(xué)模擬獲得的復(fù)合物平均結(jié)構(gòu)驗(yàn)證了分子對接的可靠性。第二章第三節(jié)對HO-PCBs擬雌激素活性開展定量結(jié)構(gòu)-活性關(guān)系研究,并比較了不同疊合方式(基于配體疊合和基于受體疊合)對模型的影響。發(fā)現(xiàn)基于受體疊合建立的CoMSIA模型的統(tǒng)計(jì)學(xué)結(jié)果(q2=0.648,r2=0.968)明顯優(yōu)與基于配體疊合所得到的模型(q2=0.283,r2=0.648),說明通過分子對接得到的生物活性構(gòu)象能夠有效的提高模型的質(zhì)量。分子動力學(xué)模擬發(fā)現(xiàn)范德華作用能和靜電能對復(fù)合物的形成起了主要貢獻(xiàn),結(jié)合自由能計(jì)算結(jié)果表明不同活性的化合物的結(jié)合自由能大小順序與擬雌激素活性大小順序一致。論文第三章由三部分組成。在第三章第一節(jié),基于同源模建得到的芳香烴受體蛋白和分子對接技術(shù),獲得了PBDEs的活性構(gòu)象,建立了PBDEs芳香烴受體活性的3D-QSAR模型。比較基于對接后公共結(jié)構(gòu)疊合得到的模型(q2=0.509,r2=0.780)和基于受體疊合建立的模型(q2=0.605,r2=0.996)的統(tǒng)計(jì)學(xué)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn),基于受體疊合的模型具有更好的穩(wěn)健性和預(yù)測能力。分子對接結(jié)果顯示氫鍵作用和疏水作用是影響配體與受體結(jié)合的主要因素。論文第三章第二節(jié),采用3D-QSAR,分子對接和分子動力學(xué)模擬方法研究了HO-PBDEs結(jié)構(gòu)與甲狀腺激素活性的關(guān)系。經(jīng)過多次試算,選用空間場,靜電場,氫鍵供體場和氫鍵受體場建立CoMSIA模型。所得模型結(jié)果表明基于受體疊合的模型的穩(wěn)健性和預(yù)測能力均優(yōu)于基于配體疊合的模型。內(nèi)部檢驗(yàn)與外部檢驗(yàn)表明所得模型是可靠的。分子動力學(xué)模擬結(jié)果驗(yàn)證了分子對接結(jié)果的可靠性。論文第三章第三節(jié),采用分子對接、分子動力學(xué)模擬和結(jié)合自由能計(jì)算來深入了解HO-PBDEs與雌激素受體α的相互作用。通過分子對接獲得HO-PBDEs的可能結(jié)合構(gòu)象。以分子對接結(jié)果為基礎(chǔ),采用分子動力學(xué)模擬確定結(jié)合過程的細(xì)節(jié)。通過結(jié)合自由能計(jì)算和分解來揭示影響結(jié)合的主要因素,并且分析結(jié)合口袋附近一些重要?dú)埢鶎Y(jié)合能的貢獻(xiàn)。論文第四章對工作進(jìn)行總結(jié),介紹研究結(jié)論和創(chuàng)新之處,并對后續(xù)研究提出展望
【圖文】：

模擬小分子配體化合物與受體生物大分子之間的相互作用。如果配體化合物與受逡逑體生物大分子能夠匹配，，則兩者可ＬＪ通過分子對接形成一個穩(wěn)定的復(fù)合物。配體逡逑與受體對接的示意圖如圖１－３所示。通過分子對接可Ｗ獲得復(fù)合物中的配體分子逡逑的活性構(gòu)象和受體分子的合理位置，是研究祀體與受體的相互作用的基礎(chǔ)。逡逑１０逡逑

圖２－２ＰＣＢｓ邋ＬｊＡＲ的對接結(jié)果
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：X132


本文編號：2594761