N’-亚硝基去甲烟碱代谢活化及致癌机理的理论研究

【作者】 范腾蛟； 孙国辉； 赵丽娇； 钟儒刚；

【机构】 北京工业大学生命科学与生物工程学院,环境与病毒肿瘤学北京市重点实验室；

【摘要】 N’-亚硝基去甲烟碱(NNN)是一种存在于烟草烟气及烟草制品中的强致癌物,其致癌机理是通过细胞色素P450酶(CYP450)的代谢活化生成活泼亲电试剂,导致DNA损伤。CYP450酶催化NNN代谢形成α-羟基化物是NNN发挥致癌作用的关键步骤。NNN分子的2’-位和5’-位的各有一个α-碳原子,经CYP450酶代谢可以形成两种羟基化产物;而且,NNN分子中2’-位α-碳原子具有手性,使得NNN存在R和S两种异构体[1]。啮齿类动物实验结果表明(S)-NNN的2’-位羟基化途径是NNN致癌的主要途径[2]。本研究使用密度泛函理论在B3LYP/6-31+G(d,p)(C,H,O,N,S)及lanl2dz(Fe)水平上,对经CYP450催化(S)-和(R)-NNN的2’-位和5’-位代谢的反应机理进行了研究,对反应过程中的各驻点进行了全几何优化,并以氯苯为溶剂模型,计算了反应途径上各驻点的能量,得出各步的反应活化能,比较了不同反应途径的能量变化的差异。结果表明NNN在2’-位的代谢所要跨越的能垒比5’-位代谢能垒低,(R)-NNN和(S)-NNN两种异构体代谢能量无显著差异。为了进一步探明动物实验中以(S)-NNN代谢为主的原因,利用分子对接方法,将(S)-和(R)-NNN与几种不同亚型的CYP450酶进行分子对接,结合打分函数和结果构型,对(S)-和(R)-NNN致癌活性差异进行研究。结果表明,(S)-NNN与大部分不同亚型CYP450酶亲合性高于(R)-NNN,说明(S)-和(R)-NNN致癌活性差异与CYP450酶的蛋白结构有关。本研究为阐明CYP450酶催化NNN的代谢活化及致癌机理提供了理论依据,对于烟草相关癌症的研究具有重要意义。更多还原