食品接触材料中激活视黄醇X受体的叔丁基酚类化合物的计算机模拟与体内验证研究

本研究针对食品接触化学品可能干扰核受体（NR）信号通路的重大健康隐患，创新性地结合机器学习（ML）、分子对接和非洲爪蟾（Xenopus laevis）早熟变态实验，鉴定出三种能通过激活视黄醇X受体（RXRα）增强甲状腺激素（TH）信号传导的叔丁基酚类化合物（TTBP、4sB-DTBP、4E-DTBP）。该研究为食品接触材料安全性评估提供了新型筛选范式，揭示了RXR-NR通路干扰的分子机制。

　　

在现代化生活中，食品包装材料中的化学添加剂可能悄无声息地影响着我们的内分泌系统。核受体（Nuclear Receptors, NRs）作为调控发育和代谢的关键转录因子，其中三分之一需要与视黄醇X受体（Retinoid-X Receptor, RXR）形成异源二聚体才能有效发挥作用。然而，食品接触材料中大量未被充分评估的化学物质，可能通过干扰RXR信号通路，导致甲状腺功能异常、代谢紊乱等健康风险。这一潜在威胁引发了加州大学戴维斯分校（University of California, Davis）Brenda J. Mengeling团队的高度关注。

为系统评估这一风险，研究人员创新性地建立了"计算机模拟（in silico）到体内验证（in vivo）"的研究范式。首先通过机器学习模型NR-Toxpred从57,277种环境化学物质中筛选出104种潜在RXR配体，经分子对接和自由能计算（MM-PBSA）锁定58种叔丁基酚类化合物。结合美国环保署Tox21数据库的高通量筛选数据，最终选取6种食品接触材料中常见的叔丁基酚进行体内验证。研究论文发表在《Scientific Reports》上，为食品接触化学品的风险评估提供了重要方法论突破。

研究团队运用三项关键技术：1）基于机器学习的虚拟筛选（NR-Toxpred模型结合Morgan化学指纹聚类）；2）多构象分子对接与分子动力学模拟（AMBER 18软件进行100 ns模拟）；3）转基因非洲爪蟾双重检测体系（整合TH驱动荧光素酶报告基因与定量形态学分析）。特别值得注意的是，实验采用甲状腺尚未发育的1周龄蝌蚪（NF 48期），通过皮肤直接吸收测试物质，建立了高度敏感的体内检测模型。

计算机模拟分析发现，C4位取代基体积是决定结合亲和力的关键因素。分子对接评分和MM-PBSA自由能计算显示，含乙基（4E-DTBP）、仲丁基（4sB-DTBP）和叔丁基（TTBP）的化合物与RXRα配体结合域（LBD）形成稳定相互作用，关键残基包括TRP305、LEU309和PHE313。相比之下，C4位为甲基（BHT）或氢（2,6-DTBP）的化合物结合能力显著降低。

体内实验结果验证了计算预测：在25 nM T₃存在下，TTBP（30 nM）、4sB-DTBP（100 nM）和4E-DTBP（300-1000 nM）均能显著增强TH反应元件（TRE）驱动的荧光素酶活性（p<0.0001）。五天的形态学观察进一步证实，这些化合物可协同T₃促进鳃吸收（头部面积减少）、视顶盖脑区增宽及下颌角度改变。分子动力学模拟揭示，活性化合物的叔丁基与RXRα疏水口袋形成范德华相互作用，而C4位体积增大可增强与VAL349、LEU309的立体互补性。

值得注意的是，含叔氨基的E703虽具有较大体积，却未能激活RXR信号，表明除体积外，取代基的化学性质同样关键。这与晶体结构（PDB: 7NKE）观察到的现象一致——2,4-二叔丁基酚的羟基可与CYS432形成氢键，而TTBP因额外叔丁基的空间位阻可能阻碍这一关键相互作用。

这项研究具有三重重要意义：首先建立了机器学习辅助的RXR干扰物筛选新范式；其次鉴定出TTBP等广泛存在于食品包装（如饮料容器、微波食品托盘）却未被充分评估的内分泌干扰物；最后揭示了C4位脂肪族取代基的体积效应规律，为安全化学品设计提供指导。特别值得关注的是，这些化合物在中国孕妇母乳和家庭灰尘中已有检出记录，但尚未纳入常规生物监测项目。

研究团队在讨论中指出，RXR作为"万能二聚化伙伴"，其异常激活可能影响TR、PPAR、LXR等多条信号通路。虽然TR-RXR通常被视为"非许可性"二聚体，但在特定细胞环境下（如辅激活因子高表达时），RXR配体仍可能通过促进共抑制因子解离或破坏RXR同源四聚体等方式增强TH信号。这种多通路干扰特性使得食品接触化学品的安全评估变得尤为复杂，也凸显了本研究开发的多层次检测体系的重要价值。