具有潜在致癌性的有机氮农药与DNA的相互作用机制

食品中的农药残留是影响食品安全的重要的因素之一。研究表明，DNA是许多有机农药在体内的主要靶点，农药的致癌性与其诱导DNA相互作用密切相关。2008年9月24日，美国环境保护署（EPA）发布了经评估对人类存在潜在致癌性的农药和化学品126种，其中有B类（很可能的人类致癌物）27种，C类（可能的人类致癌物）65种，对人类可能具有致癌性34种。然而，这些潜在致癌性农药与DNA相互作用的分子机制研究甚少，它们相互作用的化学实质仍不清楚，作用机理尚不明确。针对这种现状，本项目以一些具有潜在致癌性的有机氮农药为研究对象，以离体小牛胸腺DNA（ctDNA）为靶点，研究基于化学计量学方法如多元曲线分辨-交替最小二乘法（MCR–ALS）、平行因子算法（PARAFAC）与紫外、荧光光谱法联用的新技术并结合圆二色谱、红色光谱及分子模拟手段，构建了一种研究农药与DNA相互作用的新方法，应用该方法探测了啶虫米、灭菌丹、甲萘威、速灭威、抗蚜威、三唑醇、氯苯胺灵、戊炔草胺、氯菊酯、苄呋菊酯、氟胺氰菊酯、氟氯苯菊酯、氰草津、联苯菊酯等农药与ctDNA的结合模式和相互作用机制。基于MCR–ALS对农药与ctDNA相互作用的荧光光谱、紫外光谱数据或PARAFAC对农药–ctDNA体系荧光光谱数据的解析，获得了啶虫米、戊炔草胺等农药与ctDNA反应过程中各组分的浓度变化及其光谱曲线，从而实现了对农药与ctDNA相互作用进程的定量监测。研究发现，啶虫米、灭菌丹、甲萘威、抗蚜威、灭害威、戊炔草胺、速灭威、氯苯胺灵、氰草津、联苯菊酯、三唑醇、氯菊酯、利谷隆、氰戊菊酯、西玛津等主要通过嵌插方式与ctDNA结合，而苄呋菊酯，氟胺氰菊酯和氟氯苯菊酯等则以沟槽结合模式与ctDNA发生作用，结合常数在103 ~ 104数量级，同时测定上述农药与ctDNA作用的热力学参数、主要作用力、作用位点以及DNA结构的变化，这些农药与ctDNA双链中不同的碱基发生作用并在一定程度上对DNA的结构产生影响，这可能是农药具有潜在致癌性的原因之一。本项目研究结果，为从分子水平上认识农药与DNA的相互作用机制和农药的致癌机理提供了理论依据，所建立的研究方法可靠、普适，突破了传统的检测小分子与DNA相互作用的方法瓶颈，为农药甚至其它小分子化合物与DNA相互作用分析提供了可借鉴的研究思路与技术平台。