一种基于分级警示结构高通量筛查内分泌干扰物的方法技术

本发明专利技术的一种基于分级警示结构高通量筛查内分泌干扰物的方法，涉及内分泌干扰物的虚拟筛选与活性预测领域。本发明专利技术利用子结构频率分析和子结构占比分析提取活性数据化合物的一级警示结构；利用SARpy软件对满足一级警示结构的化合物进行二级警示结构的提取；利用SARpy软件进行三级警示结构的提取；将一级警示结构和二级警示结构组合构成活性预测模块，在预测模块中先筛查出存在特征结构的化合物，再基于二级警示结构筛查出具有潜在内分泌干扰作用的警示化合物；将三级警示结构作为干扰活性预测模块，而后再基于干扰活性预测模块筛查干扰活性。本发明专利技术可以对潜在核受体介导的内分泌干扰物进行高通量筛查。

【技术实现步骤摘要】
一种基于分级警示结构高通量筛查内分泌干扰物的方法
本专利技术涉及内分泌干扰物的虚拟筛选与活性预测领域，更具体地说，涉及一种基于分级警示结构高通量筛查内分泌干扰物的方法。
技术介绍
人体中含有48个核受体，如雄激素受体(AndrogenReceptor，AR)、雌激素受体(EstrogenReceptorα/β，ERα/β)、糖皮质激素受体(GlucocorticoidReceptor，GR)、盐皮质激素受体(MineralocorticoidReceptor，MR)、孕激素受体(ProgesteroneReceptor，PR)、视黄酸受体(RetinoicAcidReceptorα/β/γ，RARα/β/γ)、甲状腺激素受体(ThyroidHormoneReceptorα/β，TRα/β)和维生素D受体(VitaminDReceptor，VDR)等；它们是一类依靠天然激素调节的转录因子，天然激素通过配体-受体的竞争结合，进而引起一系列关键事件，最终对内分泌系统产生调节作用。然而，大量研究发现一些人为合成的和天然的化合物，可以模仿或抵抗天然激素，并干扰人类和野生动物正常的内分泌系统，这种化合物被称为内分泌干扰物(EndocrineDisruptingChemicals，EDCs)。目前，已有许多化合物被检测出对核受体存在明显干扰活性，例如多溴联苯醚、双酚A、菊酯农药等，这些化学物质也受到人们的广泛关注。为了筛查潜在的内分泌干扰物，人们发展了各种有效地体内和体外实验方法，其中包括竞争结合、报告基因、酵母双杂交和荧光偏振等体外试验和小鼠子宫增重等体内试验。然而，一方面，采用这些试验方法费时费力，还相当昂贵；另一方面，环境中存在成千上万的化学物质，很难逐一筛查。面对这种困难，科学家们发展了基于计算机模拟的虚拟筛选方法来筛查潜在内分泌干扰物。定量结构效应关系(QuantitativeStructure-ActivityRelationship，QSAR)作为一种成熟的方法已在内分泌干扰研究中广泛使用。它可以利用分子描述符提取并描绘化合物生物活性与结构特征之间的关系。然而，绝大多数的分子描述符没有明确的药理学或生物学信息，这会导致一个“黑箱子”缺陷，即无法有效地给出基于机制上的明确结论。基于配体-受体结合亲和力大小的分子对接(MolecularDocking)方法也成功运用于筛查潜在内分泌干扰物。然而忽视核受体本身的柔性和筛选精度差的缺陷限制了该方法的发展。随着计算机技术的发展和计算能力的提升，分子动力学(Moleculardynamics，MD)模拟逐渐成为研究生物大分子作用的标准方法。分子动力学模拟是研究原子和分子物理运动的计算机模拟方法，所有分子和原子在给定的时间范围内相互作用，形成一个动态变化的系统，以此研究生物分子之间的相互作用。虽然分子动力学模拟能很好地反映分子作用机制，但耗时长，不适宜进行高通量筛查。结构警示子(StructuralAlert，SA)来源于结构-效应关系，是一种与特定生物活性相关的、存在机制原理的活性化合物结构片段。基于分子启动事件提取结构警示子可以从源头移除大量的生物信息复杂性，在结构特征和有害结局之间提供更为紧密的联系。除此之外，结构警示子还可以提供对生物化学作用机制上的解析，展现出现在高通量研究各类内分泌干扰物的可行性。结构警示子已被用于关注药理学和药物安全方面的靶标研究，并且已经取得了显著成果，如筛查潜在的肝毒性化合物、线粒体毒性化合物等等。虽然结构警示子作为一种补充方法已被用于研究内分泌干扰物，但在高通量筛查识别潜在内分泌干扰物方面还存在一个缺口。利用结构警示子来研究配受体结合可以理解干扰活性产生的第一步。因此，结构警示子可以作为一种无偏差方法，将不同来源的内分泌干扰物进行聚类，并将干扰活性与化学结构特征联系起来，给高通量筛查潜在内分泌干扰物提供一个可能。针对内分泌干扰物的筛查，现有技术也给出了一些解决方案，例如专利技术创造名称：一种人运甲状腺素蛋白干扰物虚拟筛选方法(专利公开号：CN106407665A，公开日：2017-02-15)曾利用过QSAR技术构建了一种干扰物筛选方法，虽然通量高，但适用范围狭窄，且无法有效地给出机制上的解释。还有专利技术创造名称：基于分子动力学模拟的核受体介导内分泌干扰物质的虚拟筛选方法(专利公开号：CN103324861A，公开日：2013-09-25)、一种有机物雌激素受体激动和拮抗作用的识别方法(专利公开号：CN101381894A，公开日：2009-03-11)和一种基于分子动力学模拟筛分黄酮类化合物抗雄活性方法(专利公开号：CN106407740A，公开日：2017-02-15)都曾利用分子动力学模拟方法来判断化合物是否具有潜在的内分泌干扰效应，然而，这三种方法虽然从机制上研究了配体-受体之间的作用关系，但耗时常，面对目前已有CAS号的一亿余个化学物质，无法提供有效地高通量筛查手段。文献检索结果表明，还未发现利用分级警示结构方法构建一种高通量筛查潜在核受体介导的内分泌干扰物的方法报道。因此设计并实施一个筛查潜在的内分泌干扰物的方法是很有必要的。
技术实现思路
1.专利技术要解决的技术问题本专利技术的目的在于克服现有技术中，不能有效地高通量筛查潜在核受体介导的内分泌干扰物的不足，提供了一种基于分级警示结构高通量筛查内分泌干扰物的方法，可以对潜在核受体介导的内分泌干扰物进行高通量筛查，从而可以准确快速的判断出核受体介导的内分泌干扰物。2.技术方案为达到上述目的，本专利技术提供的技术方案为：本专利技术的一种基于分级警示结构高通量筛查内分泌干扰物的方法，提取一级警示结构：基于PubChemfingerprint分子指纹库，利用子结构频率分析和子结构占比分析提取活性数据化合物的一级警示结构；提取二级警示结构：利用SARpy软件对满足一级警示结构的化合物进行二级警示结构的提取；提取三级警示结构：利用SARpy软件对同时满足一级警示结构和二级警示结构的化合物进行三级警示结构的提取；将一级警示结构和二级警示结构组合构成活性预测模块，在预测模块中先筛查出存在特征结构的化合物，再基于二级警示结构筛查出具有潜在内分泌干扰作用的警示化合物；将三级警示结构作为干扰活性预测模块，而后再基于干扰活性预测模块筛查干扰活性。优选地，提取一级警示结构之前还包括步骤：活性数据的收集从公开数据库中将具有竞争结合实验，报告基因实验和细胞毒性实验的三种体外实验数据的化合物进行收集，并得到活性数据。优选地，提取一级警示结构的具体方法如下：1)计算化合物的PubChemfingerprints子结构，2)利用进行子结构频率分析，3)再利用进行子结构占比分析；并通过R语言的pheatmap算法得到一级警示结构；其中上述的含有该结构碎片的活性化合物数；Ntotal：整个数据集化合物的总数；Nfragment_total：含有该结构碎片的化合物总数；NA：数据集中活性化合物的总数；含有该结构碎片的非活性化合物总数；NI数据集中非活性化合物的总数。优选地，提取一级警示结构后将满足一级警示结构的化合物进行分类，具体分类方法是：将含有极性原子和芳香环键的一级警示结构作为Type1；再将只含有极性原子而不存在芳香本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于分级警示结构高通量筛查内分泌干扰物的方法，其特征在于，提取一级警示结构：基于PubChem fingerprint分子指纹库，利用子结构频率分析和子结构占比分析提取活性数据化合物的一级警示结构；提取二级警示结构：利用SARpy软件对满足一级警示结构的化合物进行二级警示结构的提取；提取三级警示结构：利用SARpy软件对同时满足一级警示结构和二级警示结构的化合物进行三级警示结构的提取；将一级警示结构和二级警示结构组合构成活性预测模块，在预测模块中先筛查出存在特征结构的化合物，再基于二级警示结构筛查出具有潜在内分泌干扰作用的警示化合物；将三级警示结构作为干扰活性预测模块，而后再基于干扰活性预测模块筛查干扰活性。

【技术特征摘要】
2018.09.25 CN 20181111554471.一种基于分级警示结构高通量筛查内分泌干扰物的方法，其特征在于，提取一级警示结构：基于PubChemfingerprint分子指纹库，利用子结构频率分析和子结构占比分析提取活性数据化合物的一级警示结构；提取二级警示结构：利用SARpy软件对满足一级警示结构的化合物进行二级警示结构的提取；提取三级警示结构：利用SARpy软件对同时满足一级警示结构和二级警示结构的化合物进行三级警示结构的提取；将一级警示结构和二级警示结构组合构成活性预测模块，在预测模块中先筛查出存在特征结构的化合物，再基于二级警示结构筛查出具有潜在内分泌干扰作用的警示化合物；将三级警示结构作为干扰活性预测模块，而后再基于干扰活性预测模块筛查干扰活性。2.根据权利要求1所述的一种基于分级警示结构高通量筛查内分泌干扰物的方法，其特征在于，提取一级警示结构之前还包括步骤：活性数据的收集，从公开数据库中将具有竞争结合实验，报告基因实验和细胞毒性实验的三种体外实验数据的化合物进行收集，并得到活性数据。3.根据权利要求1所述的一种基于分级警示结构高通量筛查内分泌干扰物的方法，其特征在于，提取一级警示结构的具体方法如下：1)计算化合物的PubChemfingerprints子结构，2)利用进行子结构频率分析，3)再利用进行子结构占比分析；并通过R语言的pheatmap算法得到一级警示结构；其中上述的含有该结构碎片的活性化合物数；Ntotal：整个数据集化合物的总数；Nfragment_total：含有该结构碎片的化合物总数；NA：数据集中活性化合物的总数；含有该结构碎片的非活性化合物总数；NI数据集中非活性化合物的总数。4.根据权利要求1所述的一种基于分级警示结构高通量筛查内分泌干扰物的方法，其特征在于，提取一级警示结构后将满足一级警示结构的化合物进行分类，具体分类方法是：将含有极性原子和芳香环键的一级警示结构作为Type1；再将只含有极性原子而不存在芳香环键作为Type2；最后将任意碳链作为Type3。5.根据权利要求1所述的一种基于分级警示结构高通量筛查内分泌干扰物的方法，其特征在于，提取三级警示结构的具体方法是：1)将同时满足一级警示结构和二级警示结构的化合物根据干扰活性分为拟性干扰物、抗性干扰物、又拟又抗干扰物；2)利用SARpy软件分析得到活性化合物所含有的二级警示结构信息，通过R语言进行聚类分析，再根据热图分析，将唯一存在于某一种干扰活性条件下的化合物的特征二级警示结构设定为三级警示结构；3)针对特征二级警示结构无法区分的活性化合物，利用SARpy软件进行相关特征三级警示结构的提取三级警示结构；核受体介导内分泌干扰物的三级警示结构提取完毕。6.根据权利要求2所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：史薇，谭皓月，陈钦畅，于红霞，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32