内分泌干扰物(endocrine disrupting chemicals,EDCs)仅需痕量就会产生显著的不良效应,因此受到人们的关注。通过核受体介导的内分泌干扰效应的分为激动效应与拮抗效应两种。截止目前,人类共合成并注册了超过1.42亿种化学品(http://www.cas-china.org/index.php?c=list&cs=chemical_substances),而且数量还在不断上升,其中含有大量潜在内分泌干扰效应的物质需要被识别。而现有的体内和体外实验技术在面对不断增加的待筛查化合物也显得力不从心。而计算毒理学的发展为解决这一问题提供了一个新视野。但是传统的定量构效关系(quantitative structure-activity relationship,QSAR)仅可以预测已知活性的化合物的活性大小,但却不能定性区分化合物的活性,并且该预测方法常规应用于一类结构相似的化合物,当化合物的种类增多时,预测的效果就会明显下降。因此,在本研究中首先建立有关区分化合物活性的计算模型,然后再通过结构效应模型来预测化合物的活性大小。在计算模拟方法中,分子动力学模拟(Molecular Dynamic Simulation,MD模拟)能够为探索配体小分子与生物大分子的相互作用情况以及判断复合物稳定构型提供帮助。但是分子体系的自由能平面往往存在大量的能量局部最小值,这导致MD模拟会长时间在这些局限的区域进行采样。以至于在可接受的时间内无法采样到全局最小能量,或者无法探索整个自由能-构象空间。现阶段人们主要通过增强采样的方法来提高采样效率解决这类问题。Metadynamic就是其中一种方法。因此本研究利用Metadynamic分子动力学模拟和基于配体-受体复合物的药效团模拟通过分析获取能量最低的构象来实现以下几个目标:(1)研究建立水中有机污染物结合雄激素受体(AR)以及灰尘中有机污染物结合过氧化酶激活增殖受体γ(PPARγ)后激动/拮抗活性区分模型以及定量预测化合物活性。(2)探索AR以及PPARγ结合拮抗剂后可能的晶体结构弥补蛋白质库的缺失。(3)结合实验室体外细胞实验筛查芳香烃受体(AhR)活性物质,建立AhR活性区分模型。针对PPARy的干扰效应,本研究搜集了已知文献报道的北京室内灰尘中检出物的PPARγ活性数据以及结合活性数据,进而利用Metadynamic分子动力学对这些物质与受体的复合物进行计算模拟。结果发现当完全激动剂结合后,PPARy仅存在一种稳定的构象,这种构象与已解析得到的PPARγ激动构象类似。而在结合拮抗剂之后,PPARy的第12号螺旋(Helix12,H12)远离PPARγ-LBD口袋,并占据AF-2区域,这与PPARα的拮抗构象类似,这可能阻碍共激活因子的结合从而导致拮抗效应。而当部分激动剂结合PPARγ时,自由能表面显示出完全激动剂和拮抗剂自由能表面叠加的状态。这说明当部分激动剂结合时,PPARy同时存在激动和拮抗构象。这也解释了部分激动剂在与完全激动剂结合能力相似的情况下,活性却存在较大差距的现象。借鉴上述思路,研究太湖水中检出物质针对AR的作用,开展了Metadynamic分子动力学模拟。同样也发现激动剂与拮抗剂结合雄激素受体时,自由能平面上的低能区域存在不同。当AR结合拮抗剂时,H12螺旋出现螺旋缩减,并远离受体口袋的现象,其构像与糖皮质激素受体(GR)的拮抗晶体构象类似。这些定性区分模型并不需要依赖具体的实验测定,能高效地识别化合物的活性,将其与传统QSAR所具备的定量预测功能相结合,能形成一个新的预测化合物拟/抗雄活性大小的模型,从而可以减少内分泌干扰实验测定工作量、降低成本、增加识别效率。最后,本研究发现PCDPSs能通过激活AhR产生CYP1A1酶,并由此产生遗传毒性。之后基于PCDPS的实验结果以及HO/MeO-PBDE的文献结果利用Metadynamic模拟方法探讨了AhR的激活模型。在激活模型中利用AhR-ARNT复合物结合配体后是否稳定来判断配体是否是AhR激动剂。但同时需要指出由于AhR-LBD缺乏晶体结构,因此在应用这个模型时仍需谨慎。上述研究能够促进计算模拟方法在环境毒理学领域内的应用,为理论环境化学的发展提供了新的思路,为全面评估化学品的内分泌干扰效应和危害提供了更多基于计算模拟的办法学基础和机理解释,使得模拟方法在环境科学中得到更好的应用。