具有潜在致癌性的有机氮农药与DNA的相互作用机制

农药的致癌性与其和DNA相互作用密切相关。针对目前致癌性农药与DNA相互作用研究甚少、研究方法滞后、作用机制不明的现状。本项目拟从以下四个方面展开研究：1)以具有潜在致癌性的有机氮农药为研究对象，以离体小牛胸腺DNA为靶点，以中性红为探针，把化学计量学方法（如多元曲线分辨-交替最小二乘、平行因子算法）与紫外、荧光光谱技术相结合，构建一种研究农药与DNA结合模式的新的定量方法；2)探测农药与DNA相互作用的热力学和动力学特性，考察温度和酸度等因素的影响；3)运用核磁共振、园二色谱等分析手段，通过研究结合作用的相关参数和特征谱带信息，阐明农药与DNA之间的识别位点及DNA结构的变化；4)分析、归纳、总结农药致癌性与结合模式、识别位点和DNA结构间的相关性及本质，揭示其间的规律性。.本项目的实施，不仅对深入认识农药的致癌机制和基因突变的原因有重要的理论意义，而且为高效低毒农药的合成提供科学依据。

食品中的农药残留是影响食品安全的重要的因素之一。研究表明，DNA是许多有机农药在体内的主要靶点，农药的致癌性与其诱导DNA相互作用密切相关。2008年9月24日，美国环境保护署（EPA）发布了经评估对人类存在潜在致癌性的农药和化学品126种，其中有B类（很可能的人类致癌物）27种，C类（可能的人类致癌物）65种，对人类可能具有致癌性34种。然而，这些潜在致癌性农药与DNA相互作用的分子机制研究甚少，它们相互作用的化学实质仍不清楚，作用机理尚不明确。针对这种现状，本项目以一些具有潜在致癌性的有机氮农药为研究对象，以离体小牛胸腺DNA（ctDNA）为靶点，研究基于化学计量学方法如多元曲线分辨-交替最小二乘法（MCR–ALS）、平行因子算法（PARAFAC）与紫外、荧光光谱法联用的新技术并结合圆二色谱、红色光谱及分子模拟手段，构建了一种研究农药与DNA相互作用的新方法，应用该方法探测了啶虫米、灭菌丹、甲萘威、速灭威、抗蚜威、三唑醇、氯苯胺灵、戊炔草胺、氯菊酯、苄呋菊酯、氟胺氰菊酯、氟氯苯菊酯、氰草津、联苯菊酯等农药与ctDNA的结合模式和相互作用机制。基于MCR–ALS对农药与ctDNA相互作用的荧光光谱、紫外光谱数据或PARAFAC对农药–ctDNA体系荧光光谱数据的解析，获得了啶虫米、戊炔草胺等农药与ctDNA反应过程中各组分的浓度变化及其光谱曲线，从而实现了对农药与ctDNA相互作用进程的定量监测。研究发现，啶虫米、灭菌丹、甲萘威、抗蚜威、灭害威、戊炔草胺、速灭威、氯苯胺灵、氰草津、联苯菊酯、三唑醇、氯菊酯、利谷隆、氰戊菊酯、西玛津等主要通过嵌插方式与ctDNA结合，而苄呋菊酯，氟胺氰菊酯和氟氯苯菊酯等则以沟槽结合模式与ctDNA发生作用，结合常数在103 ~ 104数量级，同时测定上述农药与ctDNA作用的热力学参数、主要作用力、作用位点以及DNA结构的变化，这些农药与ctDNA双链中不同的碱基发生作用并在一定程度上对DNA的结构产生影响，这可能是农药具有潜在致癌性的原因之一。本项目研究结果，为从分子水平上认识农药与DNA的相互作用机制和农药的致癌机理提供了理论依据，所建立的研究方法可靠、普适，突破了传统的检测小分子与DNA相互作用的方法瓶颈，为农药甚至其它小分子化合物与DNA相互作用分析提供了可借鉴的研究思路与技术平台。