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双酚类物质因其优异的性质而得到广泛使用,产品涉及生产生活的方方面面,其合成和应用开发研究还在不断的取得新的进展。BPA是双酚类化合物中最具代表性的一种,是世界上产量和应用量最大的一类双酚类化合物。在BPA的开发和应用取得巨大成功的同时,BPA被确认为环境内分泌干扰物,成为EDCs研究的一个热点。其被发现能够通过酯键水解途径进入环境,形成污染。在水体、沉积物、室内空气、食品及包装材料中都发现BPA污染的存在,且能够在普通人群血清中检测到BPA。BPA具有低剂量效应,能够在长期低剂量暴露情况下产生生物效应,已有研究指出由长期使用双酚A制品引发的低剂量BPA暴露与某些人体疾病相关。双酚类化合物结构相似,有少数被报道具有雌激素活性,鉴于其也能够通过与BPA类似的途径进入环境形成污染形成广泛暴露,因此,识别双酚类物质是否同BPA一样具有内分泌干扰活性,对判断在生产生活中得到广泛使用的双酚制品会否对人体健康带来危害具有重要的意义。
目前,关于双酚类化合物内分泌干扰活性的研究鲜有报道,开展相关的研究具有重要的科学意义和现实意义。
本研究利用国际上广泛应用于雌激素活性研究的MCF—7细胞增殖实验研究了双酚类化合物中最具代表性的BPA的雌激素活性,并模拟机体环境研究了不同E2背景浓度下BPA与E2的联合作用;利用国际上广泛应用于雌激素活性研究的人体雌激素受体基因重组酵母研究了包括BPA在内的十个双酚类化合物的雌激素活性;利用QSAR及分子对接技术对双酚类化合物与hER α相互作用的关系进行机制探索,为从构效关系上解释双酚类物质结构对雌激素活性的影响提供依据。主要研究成果如下:
(1)实验显示E2在10-14~10-3mol/L 浓度上对MCF—7细胞增殖作用产生低剂
量促进,高剂量抑制的倒U型非单调剂量效应关系,包括增殖效应随BPA剂量增加而增加阶段(10-14~10-11mol/L)、作用饱和阶段(10-11~10-6mol/L)和增殖效应随BPA浓度增加而下降(10-6~10-4mol/L)三个阶段。
(2)BPA具有雌激素效应,能够在一定浓度范围内诱导MCF—7细胞产生增殖效应,其能够在10-10~10-3mol/L浓度时能够对MCF—7细胞增殖作用产生低浓度促进高浓度抑制的倒U型非单调剂量效应关系。该作用类似于E2的作用曲线,但曲线形状有所不同:只包括增殖效应随BPA剂量增加而增加(10-10~10-5mol/L)和增殖效应随BPA浓度增加而下降(10-5~10-3mol/L)2个阶段。
(3)不同背景浓度的E2与BPA的对MCF—7细胞增殖效应的联合作用曲线同BPA单独作用具有明显区别,呈独立作用模式。
(4)经人体雌激素基因重组酵母实验测定,E2(17β-雌二醇)的EC50值为0.09nM,其在0.001~1nmol/L的浓度范围的剂量效应关系曲线呈现出典型的“S”形(相关系数r=0.9973),酶活性随剂量增加而升高。该结果与国内外其他学者所得的结果相近,表明本重组基因酵母测试系统对17 β-雌二醇具有较高的灵敏性以及可靠性,可以用于化合物雌激素活性的鉴定。
(5)人体雌激素基因重组酵母实验结果表明,BPC、BPAF、BPZ、BPM、BPP、BPA、BPF、BPE、BPAP和BPS等十个双酚类化合物均能在一定浓度范围内可通过hER α介导而使报告基因表达,表现出雌激素活性。其剂量关系曲线均为典型的“S”形,β-半乳糖苷酶活性随着各自浓度的增加而升高。其激素活性为:EC50 BPA:10-5.26579Mol/L (5.42μMol/L)、EC50 BPC:10-7.38126Mol/L (0.0416μMol/L)、EC50 BPAF:10-6.16496Mol/L(0.6840 μMol/L)、EC50 BPE:10-5.05263Mol/L(8.8587μMol/L)、EC50 BPAP:10-4.86417Mol/L(13.6718 μMol/L)、EC50 BPZ:10-5.96374Mol/L(1.0871 μMol/L)、EC50 BPF:10-5.14686Mol/L(7.1309μMol/L)、EC50 BPM:10-5.67152Mol/L(2.1305μMol/L)、EC50BPP:10-5.54091Mol/L(2.8780μMol/L)、EC50 BPS≥10-3.711191Mol/L(194.4505μMol/L)。
(6)人体雌激素基因重组酵母实验结果表明,双酚化合物分子上的取代基位置、性质等会对其雌激素活性产生影响,10个受试双酚化合物的雌激素活性强弱顺序为:BPC>BPAF>BPZ>BPM>BPP>BPA>BPF>BPE>BPAP>BPS。
(7)AutoDock分子对接方法计算结果显示,E2、BPC、BPAF、BPP、BPF、BPE、BPAP、BPS的预测值同实验测定值相关性较好。BPS、BPAF、BPAP和BPC在活性位点进行结合;而BPE、BPF、BPP不在活性位点发生结合。
(8)QSAR计算结果显示,MOLOG、Mv、ZM2V和RBN这四个参数是影响活性的重要参数,主要归结为疏水作用、空间效应和分子的结构柔性等几个方面。疏水作用越强,则活性高;分子体积过大,分子可旋转键多,则活性降低。