定量构效关系模型在化合物毒性预测领域的应用、发展与展望

定量构效关系（Quantitative Structure Activity Relationship, QSAR）在化合物毒性虚拟计算领域被广为使用,能够高效、准确地用于化合物毒性的预测和风险评估.本文综述了利用QSAR方法开展化合物毒性预测中数据集、数据输入和模型方法3个领域的发展与变化,分析了研究的发展历程,提出了当前研究热点,并针对定量构效关系在化合物毒性预测领域的未来发展提出了展望.     

环境污染及其防治 海洋污染及其防治

X55200701004酚类化合物在模拟海水中的生物耗氧特性及其构效相关研究/李霁…(中国环科院国家环保化学品生态效应与风险评估重点实验室)∥环境科学研究/中国环科院.-2006,19(3).-101~104环图X-6测定了10种酚类化合物在模拟海水中的ρ(BOD5),并采用一阶价分子连接性指数(1XV)、二阶价分子连接性指数(2XV)、辛醇-水分配系数(lgKOW)、分子最高占据轨道能(EHOMO)、分子最低空轨道能(ELUMO)和分子偶极距(μ)作为受试化合物的分子结构参数进行构效相关(QSAR)分析.结果表明:在初始质量浓度相同的情况下,烷基酚类化合物的ρ(BOD5)随着取…     

醇酚类化合物毒性的QSAR研究

化合物毒性与描述符通常呈现为非线性关系,量子化学计算的化合物分子描述符中包含诸多无关特征与冗余特征.最大相关最小冗余(m RMR)是应用较广泛的特征选择方法,但当前的m RMR对连续型因变量不适用,且存在相关性测度与冗余性测度不可比的缺陷.定量构效关系(QSAR)研究中因变量(毒性)与自变量(描述符)多为连续型变量,本文以非线性的距离相关系数(d Cor)取代线性的Pearson相关系数(R),在非线性条件下实现了相关性测度与冗余性测度可比,由此提出了新的特征选择方法 m RMR-d Cor.3个醇酚类化合物毒性QSAR数据集的分析表明,基于m RMR-d Cor选择特征的支持向量回归(SVR)模型独立预测Q2分别为0.954、0.941、0.981,明显优于参比模型与文献报道,m RMR-d Cor选择的多数保留分子描述符得到文献报道支持.m RMR-d Cor在化合物QSAR、定量构质关系等研究中有广泛应用前景.     

烷基酚类的生殖干扰毒性与结构相关研究

选用4种烷基酚类化合物,对枝角类生物大型蚤进行24 h急性毒性试验和21 d生殖毒性试验,选取急性试验指标(半数致死浓度)和生殖毒性指标(母蚤存活数、幼蚤生殖量、孵化成活率、幼蚤的雌、雄性个体数等)进行定量构效相关(QSAR)研究.结果表明,所测4种烷基酚化合物均可对大型蚤的生殖特性产生活性影响.其中,4-辛基酚和对壬基酚不但能抑制大型蚤的生殖量,还可改变大型蚤孤雌生殖的幼蚤性别比率.实验化合物的一、二阶分子连接性指数与受试生物体的生殖活性有较好的相关性,且以分子亲核反应为主.      

硝基苯、苯酚衍生物对发光菌毒性定量构效关系研究

采用发光细菌法测定14种硝基苯、苯酚衍生物对发光菌的毒性,得到各化合物的半数有效浓度（15minEC50值）。选用辛醇/水分配系数（logP）、分子最低空轨道能（ELUMO）和平均超离域性（S^N_av）作为参数,与logl/EC₅₀值进行定量构效关系（QSAR）研究。结果表明,硝基苯衍生物对发光菌的毒性与分子的电性参数（ELUMO或S^{N_av）相关;而苯酚衍生物的毒性可分别由疏水性参数（logP）和电性参数（ELUMO或SN_av）来描述。采用以Snav为参数的QSAR模式预测了14种试验化合物对发光菌的毒性}     

海洋污染生态毒理学研究中的生理功能测定

在污染物的毒理学研究和海洋污染监测中除了要对生物体中的污染物浓度进行化学分析外,还应同时进行生物体生理功能的测定。本文综述了生物体生理功能测定在海洋生态毒理学研究中的应用,简要论述了这一毒理学研究方法的主要特征,其中包括:生物累积、敏感性、组织浓度与生理反应的定量关系,污染物的理化性质与活性的定量关系(QSAR),毒性机制,生态意义,污染物毒性作用的生物学综合,混合污染物的毒性作用以及生理功能测定的实验室和现场应用。     

取代芳烃对呆鲦鱼急性毒性的QSAR研究

应用密度泛函方法(DFT)在B3LYP/6-311G**水平上全优化计算25个取代芳烃的量子化学参数,结合疏水性参数与化合物对呆鲦鱼的急性毒性进行定量构效关系研究(QSAR)。经逐步回归筛选变量后,所建多元线性回归方程的相关系数R及去一法交互检验复相关系数R2cv分别为0.967和0.907。用预测集样本进行了外部预测,所得外部预测样本复相关系数R2ext和外部预测集交互检验Q2ext分别为0.881和0.836。模型结果显示:分子疏水性参数logP较大时具有较大的脂溶性,化合物的毒性较大;取代基的吸电子能力越强,苯环的正电性越大,化合物的毒性越大。     

取代芳烃对呆鲦鱼急性毒性的QSAR石开究

应用密度泛函方法（DPT）在B3LYP／6-311G＊＊水平上全优化计算25个取代芳烃的量子化学参数,结合疏水性参数与化合物对呆鲦鱼的急性毒性进行定量构效关系研究（QSAR）。经逐步回归筛选变量后,所建多元线性回归方程的相关系数R及去-法交互检验复相关系数R^2cv分别为0．967和0．907。用预测集样本进行了外部预测,所得外部预测样本复相关系数R^2ext和外部预测集交互检验Q^2ext分别为0．881和0．836。模型结果显示：分子疏水性参数logP较大时具有较大的脂溶性,化合物的毒性较大;取代基的吸电子能力越强,苯环的正电性越大,化合物的毒性越大。     

硝基苯化合物对枯草芽孢杆菌的毒性及构效分析

以枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)为实验生物,测定了12种硝基苯化合物对其种群生长抑制的12 h IGC₅₀(50% inhibitory growth concentration)值.应用lgP,1xv,I,1Ka,σ-和E_LUMO 6种物理化学描述符进行构效关系分析,建立QSAR模式,并且预测了6个相似化合物的毒性.      

有机物的结构——活性/性质定量关系及其在环境化学和环境毒理学中的应用

有机物结构-活性定量关系研究(QSAR,Quantitative Structure-Activity Relationship)用于环境化学和环境毒理学领域取得了引人注目的成功。有机污染物在环境中的行为,尤其在生物体内的富集和致毒是环境化学和环境毒理学的主要研究方向之一。QSAR法可以从已有的大量情报中最大量地提取有关环境污染物结构—活性关系进行深入的研究。     

62种杂环芳胺结构与致变活性关系的神经网络研究

应用自适应分子结构描述符生成方法和神经网络数值模式,研究62种烹调食品过程中产生的杂环芳胺结构与致变活性间的关系。该模式预报结果与实验测定结果符合良好;致变剂、非致变剂和勉强有致变活性剂三类间正确分类率超过90％。通过6次自适应分子结构描述符选择迭代,得到５种特征分子描述符为：芳环碳原子取代甲基数、芳环氮原子取代甲基数、母体共轭环数、端环增活结构数和端环抑活结构数。其中,增活结构为具有共轭烯烃碎片结构;抑活结构具有短共轭烯烃结构或不具有共轭烯烃结构。最后,对该构效关系的起因进行了定性解释。     

不同量子化学算法在多环芳烃光解行为定量结构-性质关系(QSPR)中的应用

以采用MINDO/3、MNDO和AMI算法计算的17种多环芳烃（PAHs）的前线分子轨道能为分子结构参数,进行了这些PAHs光解速率常数的定量结构－性质相关（QSPR）的研究,并与基于PM3算法得到的QSPR模型进行了比较,研究结果表明,应用PM3算法得到的前线分子轨道能进行这些PAHs光解速率常数QSPR拟合的结果最好,其次是AMI算法,而MINDO/3和MNDO算法得到的结果较差。     

莆田市城区生态环境评价研究

以LandsatTM/ETM＋卫星影像为数据源,运用遥感生态指数（RSEI）对1994年、2003年、2009年莆田市城区的生态环境质量进行评价,并对生态环境变化进行动态分析.研究表明,1994年-2009年生态环境呈下降趋势,但下降较为缓慢,生态环境并未遭到显著破坏.生态环境变好与变差的面积相差不多,但变差中级差为2的面积比重相对较大,而变差和变好中级差为3、4的面积所占的比重很小.     

部分PCDDF水溶解度的定量结构-性质关系

以量子化学PM3算法计算得到的12个量子化学参数作为分子结构描述符，运用偏最小二乘分析，首次建立23种PCDD/F水溶解度（logSw)的定量结构-性质关系模型。PCDD/F的Sw随着其分子量的增大而减少；随着其分子最低未占据轨道能（Eluno)的增大而增大，推测PCDD/F分子与水分子之间存在着电荷转移相互作用。     

自相关拓扑指数与有机物生物活性的定量关系

采用自相关拓扑指数作为分子描述符，研究有机污染物的遗传毒性和急性毒性与分子结构的定量关系，建立了良好的构效关系方程。     

沈阳城市可持续发展水平的生态足迹分析

城市地域的可持续发展必须以生态的可持续发展为前提,而生态足迹计算模型可以通过比较人类对生态环境的影响程度与区域生态承栽力之间的平衡程度来衡量的生态可持续发展状态。本文在介绍生态足迹的理论和计算模型的基础之上,对沈阳市2002年的生态可持续发展状态进行了实例计算和分析,结果表明沈阳市2002年的人均生态赤字为1．21hm^2,其城市生态处于非可持续发展状态,城市发展正以消耗自身生态资源和转移生态压力作为代价。     

用GFA建立苯衍生物对发光菌毒性的QSAR模型

文章用Accelrys公司Material Studio4.0软件计算100个苯衍生物发光菌EC50样本不同类型的分子描述符,并用其中的GFA模块对筛选后的描述符建立了QSAR预测模型。训练集所得的最优的5个模型是同等的,根据r2和r2cv,方程1选为最优模型,其r2=0.933,r2cv=0.929。预测集预测相关系数r2pred为0.70,说明该模型具有较好的预测能力。     

甘肃省迭部县居民森林生态环境支付意愿影响因素分析

公众的生态环境认知水平及支付意愿对森林生态环境保护具有重要的影响和作用.根据甘肃省迭部县居民的291份有效调查问卷,采用描述性统计方法和结构方程模型对森林生态环境支付意愿的影响因素进行了分析.结果表明:①居民对生态环境服务价值的认知、对生态环境补偿的认知、对生态环境保护的预期收益、居民个人资金技术因素、外部环境因素与居民森林生态环境支付意愿之间存在正相关关系,且影响显著,其中影响程度最大的是外部环境因素,标准相关系数为0.830,解释效果良好,影响程度最小的是资金技术因素,相关系数仅为0.283.②多群组结构方程模型研究结果显示,男性居民的森林生态环境支付意愿主要受对森林生态环境认知程度的影响,女性更容易受外部环境因素的影响.不同年龄段的居民在森林生态环境服务价值认知、资金技术因素和外部环境因素方面存在差异性.不同教育程度居民之间的差异主要体现在对森林生态环境服务价值的认知和对森林生态环境补偿的认知上.③性别、年龄、教育程度等因素对生态环境服务价值认知、预期收益等有显著影响,且不同因素的影响程度存在差异.研究显示,对森林生态环境支付意愿影响因素分析反映了环境支付意愿的普适性问题,研究结果可为生态资源和环境管理等提供参考.