多溴联苯醚肝脏代谢机理的模拟研究

多溴联苯醚（PBDEs）是一类受到广泛关注的持久性有机污染物，能在生物体内积累、代谢并具有内分泌干扰毒性，其在生物体内代谢为OH-PBDEs等代谢产物是影响其毒性的关键过程，国内外虽然在其代谢产物的检测分析方面做了不少工作，但对代谢机理及其代谢活性与PBDEs分子结构之间的内在关系研究还非常缺乏。本课题以2-10取代的典型PBDEs为研究对象，开展其肝脏组织体外模拟代谢研究，在对PBDEs代谢动力学和代谢产物进行分析的基础上，鉴定代谢过程涉及的关键代谢酶，通过三维分子模拟技术研究PBDEs在生物体内与相关代谢酶的相互作用过程，从分子水平上揭示其代谢机理，通过PBDEs结构与其代谢活性的三维定量结构-活性相关分析，预测PBDEs的结构与其体内代谢有效性的定量关系。其创新点体现在实验技术与理论模拟的有机结合阐明有机污染物的生物代谢机制。

多溴联苯醚（PBDEs）是一类受到广泛关注的持久性有机污染物，能在生物体内积累、代谢并具有内分泌干扰毒性，其在生物体内代谢为OH-PBDEs等代谢产物是影响其毒性的关键过程，对代谢机理及其代谢活性与PBDEs分子结构之间的内在关系研究还较少。本课题选取4,4’-二溴联苯醚（BDE 15）、2,4,4'-三溴联苯醚（BDE28）和2, 2’, 4,4’-四溴联苯醚（BDE 47）三种典型PBDEs为研究对象，分别建立了鲫鱼肝脏和猪肝微粒体的提取方法和部分P450酶系亚族活性测定方法；采用这两种肝脏微粒体建立了PBDEs体外代谢系统；分别考察了鲫鱼和猪肝微粒体对BDE15、BDE28和BDE47的代谢过程，鉴定了代谢产物，发现BDE15在鲫鱼和猪肝微粒体和S9组分中都能发生羟基化代谢形成两种OH-BDE15，BDE15在鲫鱼肝脏亚细胞组织中还能发生醚键断裂形成溴酚，BDE47在鲫鱼微粒体中没有检测到代谢产物，但可被猪肝微粒体代谢，通过1,2-转移机制生成两种羟基化四溴联苯醚和醚键断裂形成2,4-二溴苯酚，但未检测到直接羟基化产物。与鲫鱼通过水相暴露、食物暴露和直接注射暴露PBDE体内原位的代谢产物比较，发现PBDEs能够在鲫鱼体内和体外代谢中形成的产物相同，猪肝微粒体体外代谢形成的产物与鲫鱼肝脏代谢产物也基本一致。通过竞争抑制实验初步确定了可能与PBDE代谢有关的酶为细胞色素P450酶系中的CYP1A和CYP3A亚型，BDE15和BDE47对表征CYP1A亚型的 EROD活性抑制类型为竞争性抑制，可能是因为其与乙氧基试卤灵共同竞争CYP1A的活性位点，间接证明PBDEs能够与CYP1A结合并被其代谢；对猪肝微粒体代谢BDE15的酶动力学研究显示其代谢不符合单酶单底物模型，而是由两种代谢能力相似的酶共同作用的结果，进一步证明细胞色素P450酶系中的CYP1A和CYP3A亚型对PBDEs的肝脏代谢均有贡献。采用分子模拟技术，构建了CYP3A的三维分子结构，并通过分子对接分析了PBDE及其代谢产物羟基化PBDE和溴酚与CYP3A的结合过程，发现3´-OH-BDE7的构象位于 CYP3A4活性中心Heme的上面，并且能够和Ala305形成氢键，使底物进一步接近Heme中心的Fe原子，从而更容易使其苯环上发生羟基化反应。从分子水平上揭示了PBDEs肝脏代谢的机理和构效关系。