新型消毒副产物、卤代苯硫酚与运甲状腺素蛋白相互作用研究

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环境内分泌干扰物(EDCs)造成的人类健康和环境问题越来越受到人们的关注。EDCs对人体甲状腺系统的影响,特别是干扰甲状腺激素在人体内的转运,是内分泌干扰物产生毒害效应的机制之一。运甲状腺素蛋白(TTR)是生物体内负责甲状腺素运输的重要血液蛋白,评价EDCs与TTR的结合能力和结合机制,将有助于构建虚拟筛选方法,进而筛选具有潜在甲状腺干扰效应的EDCs。目前,商用的化学品已达14万多种,其中仅300多种有机物TTR干扰效应得到了评价,说明绝大部分化学物质还未进行相关评估,导致我们时时刻刻都暴露于具有TTR干扰效应的物质中。因此,从这14万多种商用化学品中筛选出具有潜在TTR干扰能力的物质,对于保护人群健康和环境安全具有重要意义。前期的研究表明,具有酚羟基结构的卤代酚类化合物具有高TTR干扰活性,除了卤素基团,其它取代基对酚类化合物与TTR干扰活性有什么影响?酚巯基与酚羟基具有类似性质,那么含酚巯基的物质对TTR的干扰活性如何?这均是有待回答的重要科学问题,基于此本研究拟采用荧光竞争结合实验与计算毒理学技术相结合的方法,分别研究了新型酚类消毒副产物、卤代苯硫酚类污染物与人TTR(hTTR)的相互作用,主要研究结果如下:新型酚类消毒副产物(Phenolic-DBPs)是近5年在饮用水、泳池水、养殖废水等水体中被广泛检出的一类新型消毒副产物。有限的研究表明,Phenolic-DBPs与传统脂肪族消毒副产物具有较大的毒性差异,Phenolic-DBPs一般表现出更强的生物毒性,因此,进一步研究Phenolic-DBPs所具有的毒性效应,对于管控这类污染物具有重要意义。Phenolic-DBPs其芳环上除了含有卤素,还含有-CHO、-COOH、-NO2等基团,从分子结构推断,该类物质具有潜在的高hTTR干扰活性。本研究选取5类17种典型的Phenolic-DBPs开展研究,包括2,4,6-三卤代苯酚、2,6-二卤代-4-硝基苯酚、3,5-二卤代-4-羟基苯甲醛、卤代水杨酸、3,5-二卤代-4-羟基苯甲酸。结果表明,除卤代水杨酸和3,5-二卤代-4-羟基苯甲酸外,2,4,6-三卤代苯酚、2,6-二卤代-4-硝基苯酚、3,5-二卤代-4-羟基苯甲醛均表现高hTTR干扰活性,个别卤代苯酚、卤代硝基苯酚与hTTR结合能力甚至强于甲状腺素T4;分子中卤素原子数目越多,Phenolic-DBPs的hTTR干扰效应越强,卤素种类对Phenolic-DBPs的hTTR结合贡献大小顺序为:-I>-Br>-Cl。此外,通过引入6种含不同取代基的物质,探讨了取代基对有机物与hTTR相互作用的影响,结果表明,含吸电子基团的化合物对hTTR的干扰效应一般强于含供电子基团的物质。分子模拟结果表明,离子对、氢键和疏水作用是影响Phenolic-DBPs与hTTR相互作用的关键作用力。选用正辛醇-水分布系数的对数(LogD)和偶极矩(Dipoleadj)作为描述符,构建了基于机理的定量结构活性关系模型。模型具有良好的拟合优度、稳健性和预测性能,可用本研究构建的模型进一步筛选具有潜在hTTR干扰效应的Phenolic-DBPs。苯硫酚类废水是世界上具有巨大危害和广泛污染范围的工业废水之一,对环境中的水体造成严重污染并具有潜在的人群危害。本研究选择了7种卤代苯硫酚为模型化合物,研究其对hTTR的干扰能力及分子作用机制。结果表明,受试卤代苯硫酚类化合物也都对hTTR有一定的干扰效应,其中五氯苯硫酚的hTTR干扰效应强于T4。卤素种类和卤素原子数目对卤代苯硫酚hTTR干扰效应的影响规律与卤代苯酚化合物一致,具有以下规律,-Br>-Cl>-F。氯原子数目越多,氯代苯硫酚的疏水性越强,其hTTR干扰效应也越高。在多氯代情况下,三氯、五氯苯硫酚(-SH)hTTR干扰活性弱于对应卤代苯酚(-OH),在低氯代情况下,单氯、二氯苯硫酚(-SH)hTTR干扰活性强于对应卤代苯酚(-OH)。这是由于卤代苯酚在低氯代时电离程度不完全导致。分子模拟结果表明,卤代苯硫酚与hTTR的相互作用主要受离子对、氢键、卤键和疏水作用影响。
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