典型五聚型配体门控离子通道介导的PCBs和PBDEs神经毒性机制的理论研究

典型五聚型配体门控离子通道介导的多氯联苯和多溴二苯醚神经毒性研究取得进展但面临机制解析的难题。本项目拟采用分子动力学模拟与定量构效关系相结合的理论研究方法，重点开展多氯联苯、多溴二苯醚及其羟基化产物对离子通道开关状态的分子调控机制研究。通过同源模建构建γ-氨基丁酸A型受体、烟碱型乙酰胆碱受体等典型受体结构，基于极化的分子对接方法寻找污染物可能的作用位点；建立靶向分子动力学与拉伸分子动力学相结合的方法模拟污染物对离子通道开关状态的分子调控过程，评价配体结构差异和受体亚基组成变化所造成的毒性差异；从分子水平上阐明共暴露污染物在同一作用位点的竞争机制和在不同作用位点的构象协调机制；并以毒性测试数据校正计算结果，修正完善获得的离子通道介导模式，揭示典型五聚型配体门控离子通道介导的多氯联苯和溴二苯醚神经毒性的分子基础和化学机制，为科学评价污染物的环境危害与健康风险提供理论依据与方法储备。

已有动物实验证实多氯联苯和多溴二苯醚等典型持久性有机污染物及其代谢产物具有很强的神经毒性，但研究多集中于细胞毒性和Ca2+平衡及神经递质转运等对神经传递的突触前影响，而有关其对于神经系统神经递质受体的干扰作用及相关突触后影响机制尚未引起足够关注。gama-氨基丁酸A型受体和烟碱型乙酰胆碱受体是典型的五聚型配体门控离子通道，其活性变化对神经传递、记忆形成、学习认知能力等具有很重要的影响，其功能障碍与发育异常和抑郁症、失眠、癫痫、阿尔茨海默病等人类神经和精神紊乱疾病密切相关。虽然有研究显示一些多氯联苯、多溴二苯醚及其羟基化代谢产物具有通过典型五聚型配体门控离子通道介导的神经毒性，且显示一定的污染物结构依赖性；但是gama-氨基丁酸A型受体三维结构信息的缺失和五聚型配体门控离子通道多亚基多结合位点等特点，使得典型五聚型配体门控离子通道介导的典型持久性污染物神经毒性研究面临机制解析的难题。本项目采用同源模建方法分别建立人类gama-氨基丁酸A型受体和烟碱型乙酰胆碱受体三维结构，比对其离子通道开关状态受体构象特征的差异。重点针对氮端亲水胞外结构域，选用一系列已知效应的探针分子基于分子模拟方法计算模拟不同结构探针在不同配体结合位点和変构位点对离子通道开关状态的调控特征，评价对于通道开关具有重要影响的关键受体结构片段和配体-残基作用特征。在此基础上，计算寻找多氯联苯、多溴二苯醚等典型持久性有机污染物及其羟基化代谢产物可能的胞外结构域作用位点，并研究指出多氯联苯、多溴二苯醚等典型持久性有机污染物结合内生配体结合位点引发的诸如gama-氨基丁酸A型受体loop C内缩，则可引发通道开放。反之，若结合干扰loop C内缩或者污染物作为変构调节剂扰动gama2-loop F构象等，则可阻遏受体的构象转变以及通道的打开。而模拟结果不支持多氯联苯、多溴二苯醚作用于跨膜域上端同一亚基内或不同亚基间存在的变构位点，但是不排除一些链状类脂/亲蛋白污染物是通道蛋白的潜在变构剂。基于此，提出共暴露污染物在同一作用位点的潜在竞争机制和在不同作用位点的可能构象协调机制，为科学评价典型五聚型配体门控离子通道介导的污染物神经毒性与健康危害提供理论依据与数据储备。