苯基吡唑类手性杀虫剂内分泌干扰效应研究

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农药在农业生产中发挥了不可替代的作用,但因为农药的不合理使用,农药对动植物甚至人类的危害事件频繁出现。氟虫腈是苯基吡唑类手性杀虫剂,因其高毒性、增毒代谢、内分泌干扰效应、环境不友好等原因被限制使用。据报道其对映体之间存在显著差异。苯基吡唑类手性杀虫剂乙虫腈和丁虫腈作为氟虫腈的替代品被开发并推广,乙虫腈和丁虫腈与氟虫腈的结构类似,它们是否具有在内分泌干扰效应尚不明确,其对映体之间是否存在差异尚不清楚。本论文通过体外双荧光霉素报告基因试验、斑马鱼暴露实验以及分子模拟试验,对苯基吡唑类手性农药及其对映体的内分泌干扰效应进行研究。主要研究结果如下:(1)在激素激动活性方面,苯基吡唑类农药均没有雌激素和甲状腺激素激动活性。在雌激素拮抗效应方面,R-(+)-丁虫腈、R-(-)-氟虫腈和R-(+)-乙虫腈表现出更强的雌激素拮抗效应,RIC20值分别是各自的对映体的1.37、1.35和1.34倍,具有一定的立体选择性。雌激素拮抗活性的变化趋势为:R-(-)-氟虫腈>R-(+)-丁虫腈>rac-氟虫腈>R-(+)-乙虫腈>rac-乙虫腈>rac-丁虫腈>S-(+)-氟虫腈>S-(-)-丁虫腈>S-(-)-乙虫腈。在TRβ介导的甲状腺激素内分泌干扰效应方面,仅有S-(-)-丁虫腈和S-(-)-乙虫腈表现出甲状腺激素拮抗效应并计算出RIC20,表现出一定的立体选择性。另外氟虫腈及对映体没有表现出甲状腺激素拮抗效应。(2)除乙虫腈R体表现为中毒外,丁虫腈和乙虫腈的其余对映体均为低毒。S-(-)-丁虫腈和S-(-)-乙虫腈处理后,斑马鱼的促甲状腺激素基因TSHβ的表达量被显著诱导;脱碘酶Dio1的表达量被显著抑制,脱碘酶Dio2的表达量相对于对照几乎没有改变;TRα的基因转录水平没有变化而TRβ的转录水平则显著下降了。由此推测产生甲状腺激素干扰效应的机制可能为抑制了脱碘酶Dio1的表达使得体内T3浓度下降,由于负反馈机制的存在TSHβ的表达量上调,也可能是农药引起了 TSHβ的表达,因为T3浓度的下降也导致了抗甲状腺激素效应(TRβ的下调)。(3)丁虫腈与乙虫腈对幼鱼急性毒性的顺序与胚胎毒性趋势一致。在R-(+)-丁虫腈和R-(+)-乙虫腈的暴露后,HPG轴的相关基因表达受到了显著的影响。17β-HSD3表达水平的显著下调;Cyp19a和Cyp19b表达水平被下调,其中Cyp19b的表达下调更多,更敏感;ERα基因的表达量被下调;以及Vtg的基因表达被抑制。由此推测产生雌激素干扰效应的机制是抑制羟类固醇脱氢酶(17β-HSD3)和芳香化酶(Cyp17,Cyp19a和Cyp19b)的活性,使得从胆固醇到雄烯二酮,再到雌二醇的转化过程产生了抑制,降低了体内雌激素E2的水平,进而导致的抗雌激素效应(Vtg1,Vtg2和ERα的下调)(4)R-(+)-丁虫腈、R-(+)-乙虫腈和R-(-)-氟虫腈在MD模拟中与ERα受体蛋白形成了更多的作用力(氢键,疏水作用和Pi-Pi键)在能量分解中有着更低总结合自由能。与TRβ受体蛋白的模拟中,S-(+)-氟虫腈、S-(-)-丁虫腈和S-(-)-乙虫腈比各自对映体形成更多的氢键和更强的疏水作用,总结合自由能与范德华作用中也表现出一样的趋势。虽然S体氟虫腈相比R体对TRβ受体蛋白表现出更强的亲和力。但其总结合自由能ΔGca1c和范德华作用ΔEsurf均低于丁虫腈和乙虫腈。上述结果验证了报告基因的结论,R-(+)-氟虫腈、R-(+)-丁虫腈和R-(+)-乙虫腈存在抗雌激素作用,而S-(-)-丁虫腈和S-(-)-乙虫腈存在抗甲状腺激素效应。
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