大鼠过氧化物酶体增生物激活受体α(rPPARα)介导的全氟及多氟化合物(PFCs)毒性的分子机理及预测新方法研究

It is hard for the current research on environmental toxicology to reach the molecular mechanism of toxicity of per- and polyfluorinated compounds (PFCs). PFCs as peroxisome proliferation (PPs) can activate peroxisome proliferation-activated receptor(PPAR) α , which may lead to toxicity. This project plans to develop reporter gene test method to determine the activity of PFCs mediated by rat PPARα. Molecular simulation, docking and site-directed mutation will be employed to discover the interaction mode between PFCs and rat PPARα and the key structural features of ligands and receptor, which have a great effect on the activity of PFCs mediated by PPARα. As a result, molecular mechanism of toxicity of PFCs mediated by PPARα can be revealed. In addition, a novel method based on the structures of both ligand and receptor can be developed to predict the toxicity of PFCs mediated by PPARα. The achievement we gain in this reseach can contribute to the development of theoretical basis and methodology to assess the ecology risk of PFCs. The achievement may also provide a theoretical foundation for effective control and scientific administration of PFCs.

对全氟及多氟化合物(PFCs)毒性的分子机理研究是环境毒理学领域研究的难点。PFCs可作为过氧化物酶体增生物(PPs)，通过激活过氧化物酶体增生物激活受体α(PPARα)而产生毒性。本申请拟采用报告基因测试方法测定大鼠PPARα介导的PFCs转录激活活性；通过对PFCs和大鼠PPARα的分子模拟和分子对接，并结合定点突变研究，从微观角度揭示影响PFCs毒性的配体与受体相互作用模式以及配体和受体的关键结构特征，从分子结构角度阐明大鼠PPARα介导的PFCs毒性的微观分子机理；同时发展基于配体和受体结构定量预测PFCs毒性的新方法，本研究成果将为发展我国PFCs的风险评价体系提供理论基础和方法学，为科学制定PFCs的相关环境质量标准、实现PFCs的有效控制与科学管理提供理论依据。

项目背景：全氟及多氟化合物（PFCs）被广泛使用，并已进入到各种环境介质、动物和人的肝脏、脂肪、血浆和母乳中。研究表明水生和哺乳动物暴露于该类化合物将导致多系统的毒性效应。其可能机理是PFCs可作为过氧化物酶体增生物(PPs)，与过氧化物酶体增生物激活受体α (PPARα)结合后，引起与肝细胞毒性、免疫毒性等相关靶基因的转录，产生相应的细胞毒性。.研究内容：建立大鼠PPARα介导的in vitro转录激活试验方法；以人类PPARα受体(hPPARα)的晶体结构为同源分子，采用同源模建方法构建大鼠PPARα受体(rPPARα)的空间结构；对PFCs与rPPARα受体进行分子对接模拟；将rPPARα受体结合位点关键残基进行定点突变，验证分子对接结果；进行柔性分子叠合，应用比较分子相似性指数分析方法，研究rPPARα受体介导的PFCs转录激活活性的三维分子结构-活性关系。.研究结果：通过报告基因实验获得了大鼠PPARα介导的PFCs转录激活活性相关实验数据，并发现此转录激活活性与PFCs的链长和末端官能团有关。碳链的增长会引起PFCs的rPPARα活性增加；双羧基的PFCs活性大于单羧基PFCs，单羧基PFCs的活性大于多氟醇，而多氟醇活性又大于全氟磺酸盐。采用同源模建方法构建了大鼠PPARα受体(rPPARα)空间结构。将PFCs与rPPARα进行分子对接，发现与PFCs形成氢键的受体结合腔中关键残基有Leu331、Ala333、Tyr334和Gly335，与PFCs形成疏水相互作用残基有Phe218、Met220、Met279、Thr283、Leu321和Leu324。通过对Leu331和Phe218残基进行定点突变，验证了分子对接结果。最后发展了基于配体活性构象和受体功能区结构的预测PFCs激活rPPARα活性的QSAR模型。.科学意义：本项目揭示了PFCs可作为过氧化物酶体增生物（PPs），通过激活过氧化物酶体增生物激活受体α受体（rPPARα）而产生肝毒性、致癌等内分泌干扰毒性的相关分子机理。本项目研究结果可为PFCs的工业削减提供有益的信息；为科学制定PFCs的相关环境质量标准、实现PFCs的有效控制与科学管理提供了理论依据。