苯扎氯铵类消毒剂作为新兴的内分泌干扰物：通过空间位阻和疏水机制抑制人和大鼠模型中的11β-羟基类固醇脱氢酶2：表面等离子共振（SPR）技术、分子对接分析及酶学研究

《Bioorganic Chemistry》：Benzalkonium disinfectants as emerging endocrine disruptors: Inhibition of 11β-Hydroxysteroid dehydrogenase 2 in human and rat models via steric and hydrophobic mechanisms: SPR and docking and enzymatic analysis

苯骈双胍（BACs）作为新型环境内分泌干扰物，其抑制11β-羟类固醇脱氢酶2（11β-HSD2）的机制及结构-活性关系被系统研究。通过微some酶活性测定和SPR结合分子对接，发现C16和C18 BACs对人类和啮齿类11β-HSD2抑制活性最强（IC50分别为4.22和24.74 μM），抑制模式为混合/非竞争性，且与疏水性、烷基链长度显著相关。该研究首次阐明BACs通过NAD+结合位点抑制酶活性，为评估环境风险提供新依据。

　　

王青园|张慧倩|王飞璐|徐玉斌|郑子轩|王少伟|葛仁山|李晓恒

温州医科大学第二附属医院及玉英儿童医院麻醉与围手术医学科，教育部儿科麻醉学重点实验室，浙江省精准麻醉学重点实验室，中国温州325027

摘要

季铵化合物，包括苯扎氯铵（BACs），被广泛用作消毒剂、防腐剂和表面活性剂。COVID-19之后，这些化合物作为消毒剂的应用不断增加，引发了关于其是否具有内分泌干扰作用的重大公共卫生担忧。为此，我们使用PubMed、Web of Science和Scopus数据库对2000年至2026年的文献进行了系统回顾，发现关于BACs对糖皮质激素代谢影响的研究存在关键空白。本研究旨在利用HPLC-MS/MS技术和表面等离子共振（SPR）测定法，探讨九种BACs对人和大鼠11β-羟基类固醇脱氢酶2型（11β-HSD2）的抑制作用。11β-HSD2是一种参与糖皮质激素失活的甾体生成酶。实验结果表明，不同烷基团的BACs对11β-HSD2的抑制效果各不相同：C10+衍生物对人类酶具有显著抑制作用，而C12+衍生物对大鼠酶的抑制作用更强。C16 BAC的抑制效果最强（IC50分别为4.22 μM和24.74 μM）。SPR测定显示，C16 BAC与11β-HSD2的结合亲和力很高（KD值为1.95 μM），而C18 BAC的亲和力中等（KD值为19.5 μM）。机制研究表明，这两种化合物都是11β-HSD2的混合/非竞争性抑制剂。在完整的人类BeWo细胞中，C10-C18 BACs在1–100 μM浓度范围内能有效抑制皮质醇代谢。Pearson相关性分析表明，抑制效力与结构特征（LogP、分子量、烷基碳数、重原子、Fsp3、体积、Sterimol L）相关。3D-QSAR分析表明，非极性相互作用在抑制过程中起关键作用。分子对接进一步阐明了结合机制，即BACs通过范德华力、氢键、非极性接触和电荷与11β-HSD2结合。总体而言，本研究揭示了BACs通过抑制11β-HSD2来干扰糖皮质激素代谢的新机制。这些发现强调了BACs作为强效环境内分泌干扰物的潜在风险，亟需重新评估其安全使用指南。

引言

季铵化合物（QACs）是一类具有广谱杀菌活性的药物，广泛应用于消毒、工业防腐和个人护理产品[1]。其中，苯扎氯铵（BACs）属于QACs的一个子类。具体来说，BAC（图1A）包含一个苯基（C6H5-CH2-）连接到氮原子上，氮原子上还有两个甲基（-CH3），以及一个碳原子数不同的烷基链（C1–18）。烷基链也可以被另一个苯基取代，例如二苯基二甲基铵氯化物（ABMA）。选择BACs作为本研究模型，是因为它们产量大、使用广泛[2]，在环境中具有持久性，并且人类接触频率高[2]，同时其结构系列（烷基链长度从C8到C18）适合建立结构-活性关系（SAR）[2]。

由于COVID-19大流行，BACs的使用量激增，导致人类通过皮肤接触、吸入和摄入等方式暴露于这些化合物的风险增加[1]，[3]，[4]。尽管BACs具有杀菌效果，但越来越多的研究表明它们可能是内分泌干扰物（EDCs），会干扰激素信号通路[1]，[5]。BACs的暴露可能导致生殖毒性，如不孕[5]。然而，这些化合物是否影响类固醇激素的合成和代谢仍不清楚。

这与许多天然抗菌剂（如富含酚类化合物的精油[6]和甘草根提取物[7]）不同，后者的抗菌活性一直是研究重点。这凸显了独立评估合成消毒剂潜在内分泌干扰作用的必要性。

越来越多的研究表明，外源性物质通过直接抑制11β-羟基类固醇脱氢酶2型（11β-HSD2）来影响糖皮质激素代谢[8]，[9]，[10]。目前尚不清楚BACs是否也是11β-HSD2的靶点。研究BACs是否以及如何抑制11β-HSD2具有重要的科学价值，因为其抑制作用可能导致糖皮质激素过量，从而引发代谢综合征、高血压和发育障碍[11]，[12]。

11β-HSD2是一种将皮质醇转化为惰性皮质酮的脱氢酶，可保护盐皮质激素受体免受过度刺激[9]。该酶在肾脏、胎盘和结肠中的表达量最高[9]，在调节血压（防止皮质醇引起的高血压）、胎儿发育（防止过量糖皮质激素暴露）和钠保留（通过控制盐皮质激素受体活性）方面发挥作用[9]。

11β-HSD2的底物是皮质醇（11β-羟基的氧化），其辅因子是NAD+（必需的电子受体），产物是皮质酮[13]。人类11β-HSD2的关键催化残基Tyr232有助于稳定底物结合[10]。

尽管有越来越多的证据表明BACs与内分泌干扰有关，但仍存在关键空白：哪些BACs是最强的11β-HSD2抑制剂？它们的作用机制（MOA）是什么（竞争性/非竞争性/混合型）？结构变化（亲脂性、链长、取代基、空间位阻）如何影响抑制效力？

为解决这些关键问题，本研究探讨了九种BACs对11β-HSD2的影响。首先，我们将进行微粒体和细胞水平的酶活性测定，以评估BACs的抑制作用，确定IC50和Ki值，并阐明作用机制（MOA）。随后，利用表面等离子共振（SPR）技术结合计算机模拟对接（in silico docking）来研究BACs与11β-HSD2的结合特性。此外，我们将通过结构-活性关系（SAR）分析来探讨烷基链长度、芳香性和亲脂性等结构特征与抑制效力之间的关联，并建立3D-QSAR模型。这些预测模型将有助于未来对BAC衍生物的毒性进行评估，类似于之前成功解析天然产物（如桃金娘中的酚酸[6]，[7]）化学成分与生物活性关系的方法。最后，还将进行ADMET预测，以评估所研究化合物的生物利用度和潜在毒性。

化学物质

化学物质

二苯基二甲基铵氯化物（DDA，CAS编号100–94-7，目录编号PN04389）购自Perfemiker（中国上海）。苯基己基二甲基铵氯化物（C6，CAS编号22559–57-5，目录编号1950022）购自Leye Pharmaceutics（中国上海）。二苯基二甲基辛基铵氯化物（C8，CAS编号959–55-7，目录编号B337480）购自Aladdin（中国上海）。苯基二甲基癸基铵氯化物（C10，CAS编号965–32-2，目录编号779617），苯基十二烷基铵氯化物（C12，

BACs以结构依赖的方式抑制两种物种中的11β-HSD2

11β-HSD2属于氧化酶[1]。实验中以皮质醇作为底物评估其活性。人类11β-HSD2的Km值为66 ± 6.7 nM（95%置信区间：52至81 nM，图2A）。该Km值与文献报道的值（25–90 nM）一致[13]，[25]，[26]，表明这是一种高亲和力的NAD+依赖型11β-HSD2。Vmax值为228.4 ± 5.93 pmol/mg/min（95%置信区间：215.7至241.5 pmol/mg/min，图2A），说明其具有显著的活性。为了研究BACs是否能够抑制人类酶，实验中使用了100 μM的BACs浓度

讨论

本研究表明，BACs能够以结构依赖的方式抑制11β-HSD2，这是一种负责将皮质醇转化为皮质酮的关键调节蛋白。抑制效果呈现出明显的“V形”趋势，C16链长的抑制效果最强。研究发现，烷基链长度对抑制效力具有决定性影响，C16链长的BACs在两种物种中均表现出最大抑制效果

作者贡献声明

王青园：项目管理和数据分析。张慧倩：项目管理和数据分析。王飞璐：方法学研究。徐玉斌：软件应用、项目管理和数据分析。郑子轩：软件应用、项目管理和数据分析。王少伟：软件应用、项目管理和数据分析。葛仁山：写作、审稿与编辑、初稿撰写、项目监督和资金筹集、概念构思。李晓恒：写作

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金（项目编号82471635，负责人X.H.L；项目编号82371610，负责人R.S.G）的支持。感谢温州医科大学科研中心的咨询和仪器支持。