溴代苯酚对UGTs的抑制及其机制研究

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溴代苯酚(BPs)是一种卤代有机污染物(halogenated organic pollutant,HOC),是多种化工材料和阻燃剂的原料与中间体,作为人类排放的污染物和海洋生物代谢产物在各个环境介质中广泛存在。人类在家庭和工作环境中长期接触溴代酚类污染物会干扰机体代谢活动,改变机体内环境稳态,对机体有多种毒性作用。因此有必要对BPs的毒性及其机制进行研究和评估。尿苷二磷酸葡萄糖醛酸基转移酶(UGTs)是最重要的Ⅱ相代谢酶,UGTs可以代谢多种内源性和外源性化合物,保证机体正常的新陈代谢和生长发育,维持机体生命活动。目的:研究环境中主要BPs化合物对UGTs各亚型代谢活性的抑制作用,从代谢毒理学的角度评估分析BPs在机体内的毒性作用与机制。方法:1.构建体外孵育体系。选取常见8种BPs化合物作为抑制剂和11种人重组UGTs单酶作为实验对象,以4-甲基伞形酮(4-MU)作为底物探针,使用超高速液相色谱仪检测UGTs在BPs抑制作用下的反应的产物4-甲基伞形酮-D-葡萄糖醛酸苷(4-MUG)生成量。2.进行BPs对UGTs亚型活性的抑制的初筛实验,通过酶抑制动力学实验测算半数抑制浓度IC50和抑制动力学参数Ki。通过体内-体外外推法(IVIVE)评估BPs暴露对人体内源物质代谢的影响(AUCi/AUC),计算BPs暴露抑制UGTs代谢活性的浓度阈值。3.对BPs分子和UGTs蛋白的立体结构建模,使用分子对接法模拟BPs和UGTs蛋白构型的空间结合情况。观察分子之间的氢键结合和氨基酸残基的疏水相互作用,使用拉克马遗传算法(LGA)推算自由结合能。从分子相互作用的角度探讨BPs抑制UGTs活性的机制。结果:1.UGTs亚型中UGT1A1、UGT1A3和UGT1A7受到BPs显著抑制,以80%作为BPs对UGTs活性抑制率的初始筛选阈值,选择出抑制作用最显著的5种BPs(2-BP、2,4-DBP、2,5-DBP、3,5-DBP、2,4,6-TBP)以及具有特异性的7个UGTs亚型(UGT1A1、UGT1A3、UGT1A6、UGT1A7、UGT1A8、UGT1A9、UGT2B7)。2.孵育体系酶抑制动力学实验得出的结果为:除2,4,6-TBP对UGT2B7为非竞争性抑制,其余BPs对UGTs抑制类型为竞争性抑制。2-BP对UGT1A6的抑制动力学参数Ki值为1.74μM;2,4-DBP对UGT1A7、UGT1A9的抑制动力学参数Ki值为1.46μM、3.75μM;2,5-DBP对UGT1A1、UGT1A7、UGT1A9、UGT2B7抑制动力学参数Ki值为0.94μM、1.56μM、0.95μM、0.02μM;3,5-DBP对UGT1A6、UGT1A8、UGT2B7的抑制动力学参数Ki值为2.46μM、2.26μM、0.48μM;2,4,6-TBP对UGT1A3、UGT1A7、UGT2B7的抑制动力学参数Ki值为2.85μM、3.99μM、31.00μM。3.体外-体内外推结果(IVIVE)评估BPs暴露对体内UGTs代谢活性危害程度表明,血液中的2,4,6-TBP对UGT1A3和UGT1A7的内源性物质代谢活性具有中等程度的抑制([I]/Ki>0.1);2,4,6-TBP在血液中引起UGTs内源性物质代谢活性抑制的浓度阈值为0.612μM。4.分子对接实验发现,BPs分子的5-溴取代基通过较强的疏水相互作用导致2,5-DBP和3,5-DBP相较于2-BP和3-BP对UGT1A3的抑制作用更强;6-溴取代基与UGTs结合后自由能降低导致2,6-DBP和2,4,6-TBP相较于2-BP和2,4-DBP对UGT1A1抑制作用更强。结论:BPs对UGTs的代谢活性有较强的抑制作用,机体暴露于2,4,6-TBP后对UGT1A3和UGT1A7的内源性物质代谢活动造成抑制,人体血液中2,4,6-TBP暴露阈值浓度为0.612μM,大于该浓度对人体内源性物质代谢有不良作用。BPs分子中5-溴取代基和6-溴取代基引入后对UGT1A1和UGT1A3抑制作用更强。
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