[发明专利]定量结构活性关系预测有机化学品鱼类生物富集因子

说明书

技术领域

本发明涉及一种采用多元线性回归算法建立定量结构活性关系(QSAR)来预测有机化学品生物富集因子的技术，属于生态风险评价测试策略领域。

背景技术

一些有毒害作用的物质可被生物富集，并通过食物链的传递，对人类自身健康构成潜在的威胁。生物富集是化学物质在生物体与环境介质之间的一种平衡分配过程，是指生物通过非吞食的方式，从周围环境中蓄积某种元素或难降解性物质，使其在机体内的浓度超过周围环境中浓度的现象。生物富集因子(BCF)能够有效的评估污染物质潜在的富集能力，它被定义为污染物达到平衡状态时，其在生物体内浓度与环境介质中浓度的比值。了解并确定化学物质在生物体内的富集规律，能够帮助人们较早的对潜在有害污染问题提出质疑，更加合理地制定有害污染物的环境管理标准，因此获取生物富集因子(BCF)数据对化学品风险评价与管理，维护环境安全和人类健康等都具有重要的意义。

实验测定是目前获取化合物生物富集因子(BCF)数据的一个途径，经济合作与发展组织(OECD)在1996年发布了流水式鱼类生物富集测试指南(OECD指南305)。但实验方法周期长(通常28-60天)、费用高(欧盟REACH法规制定化学品基本检测费用约8.5万欧元，其中生物富集性属于基本检测中非常重要的检测指标之一)，违反动物保护原则(一次实验约需实验用鱼100尾)，所以无法满足对现有14多万种商用化学品进行风险评价和数据管理的需求。因此，有必要发展实验替代技术获取BCF数据，如定量结构-活性/性质关系(QSAR)预测化学品生物富集因子。

QSAR研究的理论基础是化合物分子结构及分子间组合方式等结构信息决定了化合物的性质。具有类似分子结构的物质，可能具有类似物质的理化性质、环境行为、生态毒理学效应等。早在二十世纪初，Hammett等人提出的线性自由能关系(LFER)，为QSAR奠定了热力学基础，开启了QSAR的理论基础研究。Hansch在线性自由能关系(LFER)基础上，把QSAR研究范围扩展到生物活性领域。之后Kamlet等人又在线性自由能关系(LFER)基础上拓展出线性溶解能关系模型(LSER)。作为一种可信的技术工具，QSAR方法已成功应用于污染物环境行为参数和毒理学指标的预测。

目前已有研究者应用QSAR方法建立了一些有机化合物生物富集因子的预测模型。由于物质从水相进入脂质相与污染物从水相进入鱼体是两个相似的分配过程，所以最早的生物富集模型往往是通过logK_OW建立的。如文献“J Fish Res.Board Can.,l979,36,1040-1048.”最早提出了基于正辛醇-水分配系数(K_OW)并包含55个化合物的线性预测模型，该模型的多元回归相关系数R²为0.90，但对模型稳健性及预测能力方面没有进行评估。文献“SAR QSAR Environ.Res.,1993,1,29-39.”首次建立了包含154个化合物的logBCF-logK_OW非线性模型。结果表明双线性模型比抛物线模型具有更优的拟合度。文献“Environ.Toxicol.Chem.,1999,18(4),664-672.”则建立了一个涵盖多种化合物的logBCF-logK_OW模型，虽涵盖694个化合物，但模型包含了4个方程式，不便于实际应用。以K_OW为理化参数所建立的BCF模型较为简洁，但K_OW实验数据本身的可获得性限制了该类模型的应用。与此同时，生物富集与正辛醇水分配虽是两个相似过程，但仅通过logK_OW构建模型，不足以充分表征生物富集过程。