可電離性鹵代化合物與甲狀腺素運載蛋白相互作用的計算模擬.pdf

1、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

2、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，-SO3H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

3、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)

4、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

5、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

6、、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，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

7、的相互作用勢(logRP)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

8、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)的比例分數(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，離子對相互作用越強，導(dǎo)致干擾效應(yīng)也越強;EHO

9、MO-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(logRP)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logR