揭秘异噻唑啉酮类消毒剂：对 17β- 羟基类固醇脱氢酶 1（17β-HSD1）的抑制作用及健康风险

在新冠疫情背景下，异噻唑啉酮类消毒剂广泛使用，但其对人体健康影响未知。研究人员开展异噻唑啉酮类消毒剂对人和大鼠 17β-HSD1 活性影响的研究，发现其可抑制该酶，影响雌激素合成，这为评估其潜在危害提供依据。

　　在新冠疫情的大背景下，各种消毒剂纷纷 “登场”，其中异噻唑啉酮类消毒剂凭借其广谱的抗菌特性，在家庭清洁、个人护理以及工业领域广泛应用。然而，随着这类消毒剂使用的日益频繁，人们对其潜在危害的担忧也与日俱增。内分泌干扰问题就是其中一个备受关注的焦点，内分泌干扰化学物质（EDCs）就像潜藏在人体健康防线中的 “暗箭”，会干扰内分泌系统的正常功能。

17β- 羟基类固醇脱氢酶 1（17β-HSD1）作为雌激素代谢过程中的关键 “角色”，负责将雌酮（E₁）转化为 17β- 雌二醇（E₂） ，在雌激素相关疾病中起着至关重要的作用。此前，虽然已经发现部分化学物质会影响 17β-HSD1 的活性，但异噻唑啉酮类消毒剂是否会对其产生影响，以及如何影响，仍然是未解之谜。为了揭开这些谜团，温州医科大学的研究人员展开了一项深入的研究。这项研究成果发表在《Ecotoxicology and Environmental Safety》上，为我们认识异噻唑啉酮类消毒剂的潜在危害提供了重要线索。

研究人员在这项研究中，运用了多种关键技术方法。实验研究方面，通过获取人和大鼠的胎盘、卵巢等组织样本，制备 17β-HSD1 蛋白进行酶活性测定，并利用高效液相色谱 - 串联质谱（HPLC-MS/MS）技术检测 E₂含量；同时，使用人胎盘滋养层 BeWo 细胞进行细胞实验，评估消毒剂对 E₂产生的影响。在计算分析层面，进行 3D-QSAR 药效团分析、双变量相关性（SAR）分析、分子模拟分析以及分子动力学模拟（MDS），从多个角度探究消毒剂与 17β-HSD1 的相互作用机制。

研究结果主要体现在以下几个方面：

• 抑制作用研究：研究人员首先测定了 E₂的检测限和回收率，各项指标均符合要求。接着对人和大鼠的 17β-HSD1 进行研究，以 E₁为底物计算米氏动力学参数，结果显示人胎盘 17β-HSD1 的 K_mApp值为 35±2 nM ，V_maxApp为 46.89±0.59 pmol/mg/min ；大鼠卵巢 17β-HSD1 的 K_mApp值为 98±7 nM ，V_maxApp为 47.89±0.97 pmol/mg/min 。在研究异噻唑啉酮类消毒剂对酶活性的影响时发现，多数消毒剂在 100 μM 浓度下能显著抑制人和大鼠的 17β-HSD1。进一步计算 IC₅₀值发现，不同消毒剂的抑制强度存在差异，如人 17β-HSD1 的 IC₅₀值排序为：4,5 - 二氯 - 2 - 辛基 - 1,2 - 噻唑 - 3 - 酮（DCOIT，8.09 μM） < 2 - 辛基 - 1,2 - 噻唑 - 3 - 酮（OIT，25.94 μM） < 1,2 - 苯并噻唑 - 3 - 酮（BIT，43.77 μM） < 5 - 氯 - 2 - 甲基 - 1,2 - 噻唑 - 3 - 酮（MCI，81.94 μM）；大鼠 17β-HSD1 的 IC₅₀值中，DCOIT 为 20.53 μM ，OIT 为 32.47 μM 。酶动力学分析表明，这些消毒剂对人和大鼠的 17β-HSD1 均表现为混合 / 非竞争性抑制。在细胞实验中，用不同浓度的消毒剂处理 BeWo 细胞 24 小时后发现，BIT、DCOIT、MCI 和 OIT 在≥1 μM 时可显著降低 E₂的产生，这表明这些消毒剂能穿透细胞膜抑制 E₂的生物合成。
• 3D-QSAR 分析：为了探究异噻唑啉酮类消毒剂抑制人 17β-HSD1 的结构特征，研究人员进行了 3D-QSAR 药效团建模分析。从生成的十个假设药效团模型中，筛选出 Hypo1 作为最优模型，其相关系数达 0.87 ，RMSD 为 2.68 ，总成本最低为 179。将不同抑制剂映射到该模型上发现，强效抑制剂 DCOIT 的拟合值为 5.85 ，与模型中的氢键受体（HBA）、氢键供体（HBD）和疏水区域（HY）都有良好的相互作用；而较弱的抑制剂 MCI 拟合值仅为 4.05 ，只与一个 HY 区域相互作用。对训练集分子实验和估算的 IC₅₀值进行相关性分析，结果显示二者具有很强的预测关系（R² = 0.7482，p < 0.0001） ，验证了 Hypo1 模型在预测异噻唑啉酮类消毒剂对人 17β-HSD1 抑制活性方面的有效性。此外，研究还发现 IC₅₀值与 LogP（辛醇 - 水分配系数）和重原子数量呈负相关，即这两个参数增加会增强化合物对人 17β-HSD1 的抑制效果。
• 分子对接分析：通过分子对接模拟，研究人员发现人和大鼠 17β-HSD1 的催化三联体高度保守，但 C 末端结构域存在差异。重新对接 E₁验证了对接协议的可靠性，进一步分析发现 E₁与人类 17β-HSD1 的 Tyr155 形成氢键。所有异噻唑啉酮类消毒剂都能结合到人 17β-HSD1 的 NADPH 结合口袋，其中 DCOIT 与 Ile14 形成氢键，与 Asn90 形成卤键，还存在多个疏水和范德华相互作用，结合自由能（ΔG）为 -7.02 kcal/mol 。在大鼠 17β-HSD1 中，DCOIT 和 OIT 也能结合到 NADPH 结合口袋，DCOIT 与 Ile15、Gly16 形成氢键，存在多个疏水和范德华相互作用，ΔG 为 -6.53 kcal/mol 。分子动力学模拟（MDS）分析表明，蛋白质 - 配体复合物在约 20 ns 后达到平衡，RMSD 波动小于 2 ? ，表明结合稳定。

综合研究结果和讨论部分，这项研究首次全面证实了异噻唑啉酮类消毒剂（BIT、DCOIT、MCI、OIT、MI）对人和大鼠 17β-HSD1 均有抑制作用。研究揭示了这些化合物的结构 - 活性关系（SAR）和 3D-QSAR，发现 DCOIT 抑制作用最强，而异噻唑和 MI 最弱。疏水性（LogP 值）和重原子数量是影响消毒剂抑制强度的关键因素，它们通过影响与酶的结合亲和力发挥作用。分子对接和 MD 模拟从分子层面解释了消毒剂与 17β-HSD1 的结合机制，但目前研究存在一定局限性，如使用的 PDB 结构 6MNE 中配体 E₁结合方向非经典，可能影响研究结果。此外，研究还对比了异噻唑啉酮类消毒剂与其他内分泌干扰化学物质对 17β-HSD1 的抑制效果，发现其抑制效力处于中等水平。同时，研究还发现人和大鼠 17β-HSD1 对消毒剂的敏感性存在差异，这为毒理学研究提供了重要参考。

总体而言，这项研究为评估异噻唑啉酮类消毒剂的潜在内分泌干扰风险提供了重要依据，强调了对这类化学物质进行更严格环境监测的必要性，也为后续开展其长期健康影响研究以及开发更安全的替代品指明了方向，在化学安全领域具有重要的意义。