邻苯二甲酸酯多种激素效应分子修饰及儿童健康风险辅食调控方案研究

来源 :华北电力大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:ironbra
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邻苯二甲酸酯(Phthalic acid esters,PAEs)是一类日常生产、生活中普遍存在且广泛使用的增塑剂添加剂,因其具有易溶于有机溶剂而难溶于水的特性,通常会在大气、水体以及土壤等环境中暴露并通过食物链作用在生物体内累积富集从而产生一系列环境健康危害和激素效应。本文为减缓、规避PAEs所带来的激素效应和健康危害,从源头治理和末端防控两部分出发对PAEs的雌激素效应、雄激素效应及甲状腺激素效应进行研究。为从源头上控制PAEs的多种激素效应,设计环境友好型、激素效应降低的PAEs分子,本文首先利用TOPSIS法将PAEs分子的雌激素与甲状腺激素效应值进行归一化处理以消除各激素的量纲系数,并对各激素影响效果赋予相应的权重,由此获得兼具两种激素效应的激素综合效应值,构建PAEs分子激素综合效应3D-QSAR药效团模型,其中Hypol1药效团模型预测能力和显著性良好。然后,选取环境优先控制污染物中的DBP、DNOP和DMP分子作为目标分子,参照药效团模型性质及结合位置进行常见的氢键供体取代反应,构建了 27种激素综合效应值降低的PAEs分子修饰方案。通过分子对接方法,设计并筛选出11种激素综合效应与单效应均显著降低的PAEs衍生物分子。此外,改变PAEs分子激素综合效应模型中的权重比例发现,不同权重设置可以调控所设计的PAEs衍生物分子甲状腺激素效应和雌激素效应比例关系。通过分析修饰前后PAEs及其衍生物分子的对接参数和氨基酸残基信息发现PAEs衍生物分子甲状腺激素效应和雌激素效应降低的主要原因是PAEs衍生物分子相较目标分子而言,与受体蛋白之间的对接紧密程度降低;通过2D-QSAR方法发现,PAEs分子的激素效应与其沸点、熔点、临界温度、能量、偶极矩、绝对自由能和相对自由能之间具有一定的线性关系。研究结果证实了所建激素综合效应降低的PAEs分子修饰方案的可行性。为进一步从末端减缓、预防PAEs多种激素效应,以易感人群中的学龄前儿童为研究对象探究饮食结构与PAEs激素效应之间的关系。本文首先选取儿童易于暴露的4种PAEs(BBzP、DBP、DEHP、DNOP),利用析因设计实验方法、分子对接以及分子动力学模拟技术,探究了不同情景下PAEs在儿童体内的激素效应,并借助动力学模拟构建了预防儿童PAEs健康风险的辅食调控方案,以规避或减缓儿童摄入PAEs带来的激素效应。首先选取雌激素受体、雄激素受体以及甲状腺激素受体作为PAEs的激素受体,分别进行PAEs与单种激素受体及多种激素受体复合体的结合能计算,其中,多种激素受体复合体的权重设置为雌激素受体:雄激素受体:甲状腺激素受体=29:57:14(以分式析因设计实验设计的PAEs与单种激素受体组合在人体内的分子激素效应显著性为依据);此外,选取包括谷物、奶类、水果、蛋类、蔬菜、坚果在内的6类10种营养物质作为抑制PAEs激素效应的特性参数作为外部干扰条件,进行PAEs与多种激素受体复合体结合的64种析因实验组合动力学模拟,发现以猕猴桃与西兰花为主要搭配的辅食方案可有效缓解儿童体内PAEs的多种激素效应(降低26.73%);其次,以DEHP分子为例推断其在儿童体内的代谢过程并进行动力学计算,发现添加辅食方案能有效促进PAEs在儿童体内的代谢;最后,基于PAEs/辅食因子与激素受体复合体稳定性和活性位点竞争的机理分析,证实了所筛选的辅食方案具有抑制PAEs与激素受体复合体结合的作用。本文通过设计、筛选激素效应降低的环境友好型PAEs衍生物分子及构建PAEs儿童健康辅食调控方案实现了从源头控制和末端减缓PAEs激素效应的目的,旨在为构建多激素综合效应的PAEs药效团模型、设计并筛选PAEs衍生物分子、调控并减缓儿童体内PAEs多种激素效应的辅食方案提供了重要的理论方法和理论支撑。
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