杂质5-羟甲基糠醛及其二聚体和代谢产物遗传毒性研究

目的 评价杂质单体5-羟甲基糠醛(5-hydroxymethylfurfural,5-HMF)、其二聚体5,5’-二甲酰基呋喃二甲醚[5,5’-oxydimethylenebis(2-furfural),OMBF]及单体代谢产物5-磺基氧甲基糠醛(5-sulfooxymethylfurfural,5-SMF)的潜在遗传毒性。方法 采用定量构效关系计算机模型(Q)SAR技术(包括Derek和Sarah模型)预测杂质5-HMF、OMBF和5-SMF的遗传毒性,进一步采用细菌回复突变试验(Ames试验)进行验证。在Ames试验中,用6种组氨酸营养缺陷型(his-)鼠伤寒沙门氏菌分别与不同浓度的5-HMF、OMBF和5-SMF在有/无代谢活化系统混合液(小鼠、大鼠和人S9 mix)条件下孵育48 h,通过比较不同菌株实验组与溶媒对照组相比回复菌落数的倍数关系,来判定结果。结果 Derek预测5-HMF和5-SMF致突变风险为可疑阳性,OMBF为阴性;Sarah预测5-HMF和5-SMF致突变风险均为阳性,OMBF为可疑阳性。Ames试验结果表明,5-HMF和OMBF仅在大鼠肝S9代谢活化后,导致回复突变菌落数呈弱阳性。5-SMF在非代谢活化及在小鼠、大鼠和人肝S9代谢活化后回复突变菌落数呈阳性。结论 5-HMF和OMBF仅在大鼠肝酶代谢活化系统条件下,具有潜在致突变性;5-SMF在有/无代谢活化系统条件下,均具有潜在致突变性。因此,杂质单体5-HMF、二聚体OMBF及单体代谢产物5-SMF均具有潜在遗传毒性,为2类遗传毒性杂质,对于可能长期暴露的人群,为保障用药安全,建议对3种杂质进行限量。

基于QSAR模型、紫外光谱法和分子对接技术研究杂质5-羟甲基糠醛及其二聚体和代谢产物与DNA的相互作用

目的:研究杂质单体5-羟甲基糠醛(5-hydroxymethylfurfural, 5-HMF)及其二聚体5,5’-二甲酰基呋喃二甲醚[5,5’-oxydimethylenebis(2-furfural),OMBF]、单体代谢产物5-磺基氧甲基糠醛(5-sulfooxymethylfurfural, 5-SMF)与DNA的相互作用方式,为3种杂质潜在的DNA损伤风险和遗传毒性机制研究提供理论基础。方法:采用QSAR模型预测5-HMF、OMBF和5-SMF与DNA结合的可能性及遗传毒性警示结构,然后采用紫外光谱法对3种杂质与小牛胸腺DNA(ctDNA)相互作用后的光谱学变化评估可能的作用方式,最后用分子对接技术将3种杂质与双链DNA分子模拟对接,直观地呈现三者与DNA的作用方式,并比较3种杂质与DNA结合的稳定性。结果:4种QSAR模型预测结果提示5-HMF、OMBF和5-SMF 3种杂质均可能与DNA结合,且均具有潜在致突变或致癌性。5-HMF、OMBF和5-SMF均能使ctDNA的紫外吸收光谱发生减色效应(减色程度分别为8.2%、22.6%和8.7%)和蓝移(位移距离分别为1.2、3.5和1.0 nm),说明3种杂质均可能以小沟槽结合的方式与ctDNA发生相互作用,且均可能与碱基对发生π-π相互作用。通过分子对接模拟验证了3种杂质与DNA均可能发生小沟槽结合,并与碱基对产生氢键作用,OMBF和5-SMF还可能与碱基发生π-π相互作用。通过比较杂质小分子与DNA的平均结合能,结果证明OMBF最强,5-SMF次之,5-HMF最弱。结论:3种杂质均可能与DNA分子相互作用产生范德华力(小沟槽结合方式)、氢键和π-π相互作用,且均可能与DNA以非共价结合方式形成杂质-DNA复合物,从而对DNA结构造成一定的损伤。本研究从分子水平对5-HMF、OMBF和5-SMF与DNA可能的相互作用方式及其潜在致DNA损伤和遗传毒性的机制进行了探索性研究,为杂质小分子的遗传毒性研究提供了新思路。