人工合成化學(xué)品引發(fā)的環(huán)境內(nèi)分泌干擾效應(yīng)引起了全世界的廣泛關(guān)注。在當(dāng)前商用的14萬多種人工合成化學(xué)品中,僅小部分化學(xué)品具有內(nèi)分泌干擾效應(yīng)信息。由于整體動物實驗成本高,耗時長,不能對所有潛在內(nèi)分泌干擾物(EDCs)進行一一篩查,因此,發(fā)展化學(xué)品環(huán)境內(nèi)分泌干擾效應(yīng)的虛擬篩選方法,具有重要意義。內(nèi)分泌干擾效應(yīng)相關(guān)的毒性作用通路顯示,小分子與內(nèi)分泌系統(tǒng)生物大分子的相互作用是激素分子介導(dǎo)產(chǎn)生生理功能,亦或EDCs引發(fā)內(nèi)分泌相關(guān)疾病和導(dǎo)致內(nèi)分泌功能紊亂的分子基礎(chǔ)。因而揭示EDCs與激素受體、功能蛋白的作用機制,將有助于構(gòu)建EDCs的虛擬篩選方法。 許多EDCs分子結(jié)構(gòu)中含-OH,-COOH,-S03H等可電離基團,然而以往的預(yù)測模型,均未考慮到含這些基團的化合物在生物體液pH環(huán)境或?qū)嶒瀙H條件下可能發(fā)生電離的事實,導(dǎo)致預(yù)測模型的準(zhǔn)確性差,機理不清晰。此外,許多EDCs(尤其是甲狀腺素干擾物)的分子結(jié)構(gòu)中,還含芳環(huán)和鹵素基團,但關(guān)于芳環(huán)和鹵素基團對有機物內(nèi)分泌干擾效應(yīng)的影響機制,還沒有研究。因此,本研究采用分子模擬并結(jié)合文獻中實驗數(shù)據(jù)的分析,研究了鹵代酚類化合物、鹵代烷酸與人運甲狀腺素蛋白(hTTR)的相互作用,揭示了化合物分子形態(tài)和陰離子形態(tài)與hTTR的不同作用機制,闡明了芳環(huán)和鹵素基團在EDCs與hTTR結(jié)合過程中的作用,通過引進酸解離常數(shù)(pKa)及其它經(jīng)電離形態(tài)修正的分子結(jié)構(gòu)參數(shù),構(gòu)建了基于機理的定量結(jié)構(gòu)-活性關(guān)系(QSAR)模型。主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下： (1)采用量子力學(xué)耦合分子力學(xué)的優(yōu)化方法(QM/MM方法)并結(jié)合文獻中鹵代酚類化合物與hTTR的相互作用勢(logRP)數(shù)據(jù),研究了鹵代酚類化合物與hTTR的相互作用。還分析了73個hTTR晶體結(jié)構(gòu)中可電離配體的結(jié)合模式。結(jié)果表明,logRP與鹵代酚類化合物pKa存在顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系,鹵代酚類化合物的陰離子形態(tài)與hTTR的相互作用能(Eint)低于對應(yīng)分子形態(tài)與hTTR的Eint,說明鹵代酚類化合物的陰離子形態(tài)與hTTR的結(jié)合強于對應(yīng)的分子形態(tài)；鹵代酚類化合物的陰離子(-O-)基團可與hTTR中賴氨酸15(Lys15)殘基側(cè)鏈的-NH3+形成離子對(靜電)相互作用,-O-基團還可與hTTR中殘基形成氫鍵,這些相互作用導(dǎo)致鹵代酚類化合物的-O-基團在hTTR配體結(jié)合空腔中具有優(yōu)勢取向,即指向結(jié)合空腔的入口方向；鹵代酚類化合物的芳環(huán)還可與Lys15殘基側(cè)鏈的-NH3+形成陽離子-π相互作用。 采用偏最小二乘回歸(PLS)方法構(gòu)建了鹵代酚類化合物logRP的QSAR模型,模型具有較好的擬合優(yōu)度、穩(wěn)健性和預(yù)測能力。模型結(jié)果表明酚類化合物的logRP與其pKa、經(jīng)電離形態(tài)修正的氧原子形式電荷(qO-adj)和正辛醇/水分配系數(shù)(logD)相關(guān)。模型中pKa具有負(fù)的系數(shù),說明陰離子形態(tài)對其干擾效應(yīng)具有正貢獻；qO-adj值越負(fù),離子對相互作用越強,導(dǎo)致的干擾效應(yīng)也越強；logD表征了化合物與蛋白之間的疏水相互作用。 (2)采用分子動力學(xué)優(yōu)化方法(MD方法)并結(jié)合文獻中全氟／多氟羧酸、磺酸、磺胺等PFCs類化合物與hTTR的相互作用勢(1ogRP)數(shù)據(jù),研究了以PFCs為代表的鹵代烷酸與hTTR的相互作用。結(jié)果表明,PFCs的陰離子形態(tài)與hTTR的相互作用也強于對應(yīng)的分子形態(tài)；PFCs的陰離子(-COO-,-SO3-,-SO2-,-NR-)基團可與hTTR中Lys15殘基側(cè)鏈的-NH3+形成離子對相互作用,PFCs的電離基團還可與hTTR形成氫鍵、電子供體-受體相互作用,最終也導(dǎo)致PFCs的電離基團指向hTTR配體結(jié)合空腔入口方向。 采用PLS方法構(gòu)建了兩個PFCs類化合物logRP的QSAR模型,模型具有較好的擬合優(yōu)度、穩(wěn)健性和預(yù)測能力。模型結(jié)果表明PFCs的logRP與其分子質(zhì)量加權(quán)的杠桿自相關(guān)指數(shù)(HATS6m)、離子形態(tài)的比例分?jǐn)?shù)(δA-)、qO-adj、經(jīng)電離形態(tài)修正的分子最高占據(jù)軌道能(EHOMO-adj)相關(guān)。HATS6m反映了碳原子數(shù)的影響；δA-具有正的系數(shù),說明陰離子形態(tài)對干擾效應(yīng)具有正貢獻；qO-adj值越負(fù),離子對相互作用越強,導(dǎo)致干擾效應(yīng)也越強;EHOMO-adj表征了化合物與蛋白形成電子供體-受體相互作用的能力,其值越正,電子供體-受體相互作用越強,logRP值也越大。 (3)分析了鹵代化合物與TTR的復(fù)合物結(jié)構(gòu),以及鹵代化合物與TTR的相互作用勢(1ogRP)數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)鹵鍵(主要是鹵-氧鍵)和鹵-氫鍵、誘導(dǎo)效應(yīng)和疏水效應(yīng)是影響有機鹵化合物與TTR相互作用的關(guān)鍵因素。鹵鍵和鹵-氫鍵的形成,增強了有機鹵化合物與TTR的相互作用。對可電離化合物,誘導(dǎo)效應(yīng)是鹵素基團影響logRP大小的重要因素；疏水效應(yīng)是鹵素基團影響多溴聯(lián)苯醚(PBDEs)等不可電離化合物與TTR相互作用的主要因素。
【學(xué)位單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2014
【中圖分類】：X503
【部分圖文】：

甲狀腺素(Thyroidhormone, TH)是由甲狀腺分泌的一類激素。TH —般是指3，3’,5,5|-四碘-1-甲狀腺素原氨酸(T4)和3,31,5-三碘-i：-甲狀腺素原氨酸(T3)，其分子結(jié)構(gòu)如圖1.1所示。TH具有重要的生理功能[9~12]，包括刺激糖、蛋白、脂肪、鹽的代謝；加速細(xì)胞內(nèi)的氧化速率，增加機體的氧耗量，并產(chǎn)生大量的熱；促進機體的生長和發(fā)育；促使神經(jīng)系統(tǒng)和腦系統(tǒng)的分化、發(fā)育、成熟，尤其對胎兒神經(jīng)系統(tǒng)和腦系統(tǒng)的發(fā)育及其功能完善有著十分重要的作用；刺激心血管的興奮性；還影響呼吸、血液、胃腸、生殖、骨豁等多系統(tǒng)。甲狀腺素產(chǎn)生上述生理調(diào)控功能的前提是機體具有功能完善的甲狀腺系統(tǒng)和正常的TH體內(nèi)水平。然而，流行病學(xué)調(diào)查、野外監(jiān)測、體內(nèi)實驗(/nv/vo)研究結(jié)果都表明，EDCs暴露可導(dǎo)致甲狀腺相關(guān)疾病及影響TH體內(nèi)平衡。-1 -

Fig. 1.1 Site of thyroid gland and structures of thyroid hormones (T4, T3)圖1.2顯示了人下丘腦-垂體-甲狀腺軸(HPT軸)信號系統(tǒng)中三個組織的發(fā)育時間。甲狀腺、垂體、下丘腦開始發(fā)育的時間分別是胚胎發(fā)育后的第3, 4, 5周左右[I3]。若在三個組織發(fā)育階段暴露EDCs,會對三個組織的發(fā)育和功能產(chǎn)生不可逆的影響，甚至導(dǎo)致疾病。流行病學(xué)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，在病變的甲狀腺組織中可檢測到全氟辛焼擴酸(PFOS)和全氟辛燒梭酸(PFOA)等EDCs[i4],組織中累積的EDCs可能導(dǎo)致甲狀腺疾病如先天性甲狀腺功能減退(congenital hypothyroidism, 哺乳動物實驗結(jié)果也證實，暴露5-孕焼-3B-醇-20-酮-16A-腈、多氯聯(lián)苯等化合物可導(dǎo)致狀腺腺體發(fā)育異常如體積增大_。暴露EDCs還可影響TH體內(nèi)平衡[19，2*^]。在正常的生理條件下，TH的體內(nèi)平衡受HPT軸“負(fù)反饋”機制的動態(tài)調(diào)節(jié)[9二1]。下丘腦分泌旳促甲狀腺素釋放激素(THR)和垂體分泌的促甲狀腺素(TSH)調(diào)控甲狀腺合成TH(主要為丁4)。合成的TH從甲狀腺釋放進入血液。在血液中，絕大多數(shù)TH會與運載蛋白結(jié)合。在人體血液中，TH運載蛋白主要包括甲狀腺素結(jié)合球蛋白(TBG)、運甲狀腺素蛋白(TTR)、白蛋白(ALB)。血循環(huán)中約0.03%的總血清T4和0.3%的總血清T3呈游離狀態(tài)

圖1.3 EDCs影響下丘腦-垂體-甲狀腺軸信號系統(tǒng)的作用機制Fig. 1.3 Mechanisms of action of EDCs on hypothalamus-pituitary-thyroid axes表1.1具有下丘腦-垂體-甲狀腺軸干擾效應(yīng)的化合物種類及其作用機制Tab. 1.1 Classes, mechanisms-of-action and effects of EDCs on HPT axis
【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 張樹成,王弘毅,王介東;1981～1996年我國有生育力男性精液質(zhì)量的變化分析[J];生殖與避孕;1999年01期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 李斐;部分有機污染物雌激素效應(yīng)和甲狀腺激素效應(yīng)的計算模擬與驗證[D];大連理工大學(xué);2010年

本文編號：2841420