基于超分子荧光分子开关体系实时动态高通量研究二恶英对氨基酸脱羧酶的毒性作用

二恶英是目前世界上毒性最强的致癌物，已有研究表明二恶英毒性主要表现为对生殖系统、免疫系统、内分泌系统和皮肤的毒性。氨基酸脱羧酶通过其产物多胺特异性地调节基因表达，从而在抑制肿瘤生长和炎症反应中起到关键作用，它是抗肿瘤新药研发的靶向生物标志物。由于二恶英毒性作用机制的复杂性，到目前还不清楚该类物质对氨基酸脱羧酶活性的毒性分子机制。本项目采用大环受体葫芦脲-荧光探针可逆相互作用基础上的荧光分子开关体系，通过酶催化产物和荧光探针与大环受体的竞争结合，实时动态检测氨基酸脱羧酶活性及二恶英对其酶活的毒性作用。在此基础上，建立二恶英类物质结构与其对氨基酸脱羧酶毒性作用的定量结构-活性关系模型，深入探讨二恶英毒性分子机制。该项目不仅将为生物标志物酶的实时动态测定提供一种新方法，而且也为研究持久性有毒污染物对生物标志物酶的毒性作用提供一个简单、快速、高通量的方法。

环境污染物进入生物体后，能够与机体内的生物大分子如酶、受体等产生相互作用，进而影响到生物大分子的功能，最终对机体造成损害。氨基酸脱羧酶通过其产物多胺特异性地调节基因表达，从而在抑制肿瘤生长和炎症反应中起到关键作用。本课题以超分子大环主体和荧光染料为信号分子开关对，利用酶催化反应的产物和荧光染料竞争结合大环主体，实时动态免标记检测了赖氨酸脱羧酶活性，并系统筛查了多种环境污染物，包括16种全氟烷基酸（PFAAs）、12种有机磷酸酯（OPEs）阻燃剂、3种有机汞化合物和12种二恶英类物质等，对赖氨酸脱羧酶活性的抑制效应。结果表明：PFAAs对赖氨酸脱羧酶活性的抑制效应随着碳链长度的增加而增强，含相同碳原子的全氟磺酸的抑制效应强于全氟羧酸。全氟羧酸的抑制常数在2.6 micro mol/L -290.91 micro mol/L之间，全氟磺酸则在41.35 micro mol/L -67.57 micro mol/L之间。3种芳香基和3种氯原子取代的OPEs对赖氨酸脱羧酶表现出较明显的抑制效应，抑制常数在1.32 micro mol/L -9.07 micro mol/L之间。其中tri-m-cresyl phosphate (TCrP)表现出最强的抑制效应。而6种烷基链取代的OPEs均无抑制效应。3种有机汞中，其中甲基汞的抑制效应最强，乙基汞次之，苯基汞最弱。12种二恶英类物质对赖氨酸脱羧酶均无抑制效应。在此基础上，我们采用分子对接技术对酶蛋白与污染物（如PFAAs或OPEs）的相互作用进行了模拟对接，确定了两者的结合模式，深入探讨了污染物的抑制作用机制。结果表明：PFAAs对赖氨酸脱羧酶活性的抑制效应取决于PFAAs的尺寸、取代基类型和疏水性。OPEs的抑制效应主要取决于取代基团的种类。