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Journal of Xenobiotics：塑料“安全替代品”真的更安全吗？双酚F、双酚S与双酚A在细胞膜中的正面对比

已有 131 次阅读 2026-1-20 16:18 |个人分类:学术软文|系统分类:论文交流

研究背景

近年来，双酚A因其内分泌干扰效应受到广泛关注，已被证实可影响生殖、代谢及发育等多个生理过程。由于其潜在的健康风险，工业界逐步采用结构相似的双酚F和双酚S作为替代品，以期降低生物毒性。然而，这些替代物是否真正安全仍缺乏充分证据。鉴于双酚类化合物具有脂溶性，易富集于生物膜中，可能通过改变膜的物理性质干扰细胞功能，因此有必要从分子层面揭示它们在复杂生物膜中的行为差异。本文旨在利用分子动力学模拟技术，系统比较双酚A、双酚F和双酚S在模拟质膜中的定位、取向、聚集状态及其对膜脂质的影响，评估双酚F与双酚S作为双酚A替代物的安全性。

图1. 图形摘要

研究过程与主要发现

研究采用了全原子分子动力学模拟方法，构建了包含多种脂质成分 (如POPC、POPE、PSM和胆固醇等) 的复杂生物膜模型，以更贴近真实细胞膜环境。针对每种双酚分子 (双酚A、双酚F、双酚S)，设置了四种不同浓度与初始位置的体系，共计12个模拟系统，每个系统运行1000纳秒，确保数据稳定可靠。模拟结果显示，在所有条件下，三种双酚分子均倾向于分布在膜界面区域，即磷脂磷酸基团与胆固醇氧原子之间的界面层，平均距膜表面约6–8Å，未深入膜内部。这一位置有利于其与极性头部基团相互作用，同时嵌入疏水区，表明三者在膜中的空间分布无显著差异。

分析发现，双酚分子在膜中的存在形式受初始浓度影响明显。低浓度时 (如8个分子体系)，所有双酚均以单体形式自发插入膜内，并稳定位于界面；而在高浓度下 (如50或45个分子体系)，则易形成二聚体乃至更高阶的寡聚体，部分分子因聚集而难以完全进入膜内。这提示双酚在体内长期暴露可能导致局部浓度过高，从而促进其在膜中聚集，产生不同于单体的生物学效应。此外，研究还观察到双酚分子能与除胆固醇外的所有磷脂形成氢键，且氢键数量与对应磷脂在膜中的相对含量呈正相关，说明其与磷脂的相互作用具有普遍性和非特异性。

此外，三种双酚均可降低磷脂酰链的脱辅基序参数 (ScD)，表明它们插入脂质双分子层后会增加碳氢链的流动性，进而改变膜的力学特性。这种“膜活性”可能是其发挥生物学效应的重要机制之一。尽管双酚A因含有两个甲基而构象相对受限 (二面角集中在80°±40°)，而双酚F与双酚S更为灵活，覆盖0°–180°范围，但三者对膜结构和动态性质的影响程度基本一致。质量密度分布图清晰显示，无论何种双酚，在最终平衡状态下均集中于膜界面，且脂质分布对称性良好，进一步支持其行为的高度相似性。径向分布函数分析也证实，双酚分子周围排斥胆固醇，与其形成氢键的能力较弱相吻合。

图2. 分子动力学模拟最后40 ns的质量密度分布图：(A) BPA_8体系，(B) BPA_50体系，(C) BPA_44体系，(D) BPA_45体系，(E) BPF_8体系，(F) BPF_50体系，(G) BPF_44体系，(H) BPF_45体系，(I) BPS_8体系，(J) BPS_50体系，(K) BPS_44体系，(L) BPS_45体系。脂质质量密度分布对应POPC (黑色)、POPE (蓝色)、POPS (红色)、PI-3P (品红色)、PSM (绿色) 和CHOL (酒红色)。双酚类分子 (1-4为BPA，5-8为BPF，9-12为BPS) 以灰色虚线表示。为清晰起见，水和离子的质量密度分布已移除。

研究总结

双酚F和双酚S在复杂生物膜中的定位、取向、聚集倾向以及对膜物理性质的调控方式与双酚A高度一致。尽管化学结构略有差异，导致双酚F和双酚S亲水性稍强 (xLogP值分别为2.9和1.9，低于双酚A的3.3)，但并未改变其在膜中的核心行为模式。三者均能稳定驻留于膜界面，调节脂质有序度，影响膜流动性，并表现出浓度依赖性的聚集特征。更重要的是，它们对膜的作用不局限于单一脂质类型，而是广泛影响多种膜组分，显示出典型的“膜靶向”效应。

虽然本研究未进行实验验证，仅基于计算机模拟，但结果提示，双酚F和双酚S并非理想的双酚A替代物。考虑到双酚类物质普遍存在、易于累积且长期暴露风险高，将其简单替换为结构类似物可能无法有效降低健康隐患。建议未来在化学品替代策略中，应更加重视对候选物膜相互作用特性的评估，而不仅仅是关注受体结合能力。该工作为理解双酚类内分泌干扰物的共性作用机制提供了重要分子基础，也为相关政策制定和公众健康防护提供了科学依据。

阅读英文原文：https://www.mdpi.com/2942940