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[資訊] 認識內分泌干擾物-利用電腦模擬運算篩檢具雌激素活性之化學物質


發布日期:2017-10-12

     美國環境保護局(United States Environmental Protection Agency, U.S. EPA)執行內分泌干擾物篩檢計劃(Endocrine Disruptor Screening Program, EDSP)時,除大規模進行高通量體外檢測(High-Throughput in vitro Assays),還利用電腦模擬運算程式(Computational Modeling)估算環境物質之內分泌活性(Endocrine Bioactivity),本文以ToxCast ER model模擬運算程式為例,簡介這些創新工具在化學品安全監管的應用。

     ToxCast ER model模擬運算結合18種高通量體外雌激素受器(Estrogen Receptor, ER)測試(表一)的劑量反應曲線(Concentration-Response Curve),其假設在任一劑量濃度下,這18項測試結果皆以平權方式促進或拮抗雌激素受器活性(ER Activity),在扣除背景值與不相干如細胞毒性等之干擾後,以線性累加模式(Linear Additive Model),得出促效與拮抗曲線下面積(Agonist and Antagonist Area Under Curve (AUC) Scores)做為績分,但最終僅考量促效反應做結論分析。此外每項測試都以動物內生之雌激素雌二醇(17β-estradiol)為評比基準,促效AUC績分設定在0與1間,以雌二醇為1。

表一:ToxCast使用的18種高通量體外雌激素受器測試

編號 檢測名稱 生化反應檢測標的
A1 NVS_NR_bER 與受器的結合
(Receptor Binding)
A2 NVS_NR_hER 與受器的結合
A3 NVS_NR_mERa 與受器的結合
A4 OT_ER_ERaERa_0480 蛋白質互補聚合作用
(Protein Complementation)
A5 OT_ER_ERaERa_1440 蛋白質互補聚合作用
A6 OT_ER_ERaERb_0480 蛋白質互補聚合作用
A7 OT_ER_ERaERb_1440 蛋白質互補聚合作用
A8 OT_ER_ERbERb_0480 蛋白質互補聚合作用
A9 OT_ER_ERbERb_1440 蛋白質互補聚合作用
A10 OT_ERa_EREGFP_0120 蛋白質製造
(Protein Production)
A11 OT_ERa_EREGFP_0480 蛋白質製造
A12 ATG_ERa_TRANS_up mRNA表現的誘發
(mRNA Induction)
A13 ATG_ERE_CIS_up mRNA表現的誘發
A14 Tox21_ERa_BLA_Agonist_ratio 蛋白質製造
A15 Tox21_ERa_LUC_BG1_Agonist 蛋白質製造
A16 ACEA_T47D_80 h_Positive 細胞增生
(Cell Proliferation)
A17 Tox21_ERa_BLA_Antagonist_ratio 蛋白質製造
A18 Tox21_ERa_LUC_BG1_Antagonist 蛋白質製造

       為了將ToxCast ER model用於監管決策,美國環境保護局研究人員利用文獻上已確知具雌激素作用之參考化學品(ER Reference Chemicals) 對ToxCast ER model進行驗證。參考化學品以上述18種測試重新檢測,數據經ToxCast ER model運算所得之結論,與傳統標準方法比對,ToxCast ER model預測準確度達86-93%,因此美國環境保護局決定採用ToxCast ER model做為環境雌激素檢測替代方案,以加速內分泌干擾物第一階段的篩檢。

ToxCast ER model在監管系統的應用,是化學品安全檢測重要變革,相關數據已納入美國環境保護局EDSP21 Dashboard數據庫,有興趣者可如下檢索:

1. 輸入化學物質名稱:比如Bisphenol A

2. 點選"Bisphenol A",右側將出現化學物質資訊,下拉可看到"Model Score Value",可從"ToxCast Model Predictions"中獲得ER Agonist AUC資訊, AUC > 0表示該化學物質對ER有活性,若AUC = 0表示無活性。

參考資料:

  1. Screening Chemicals for Estrogen Receptor Bioactivity Using a Computational Model (http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.est.5b02641 & https://cfpub.epa.gov/si/si_public_record_report.cfm?dirEntryId=308931)
  2. EDSP21 Dashboard (https://actor.epa.gov/edsp21/)
  3. ToxCast Dashboard (https://actor.epa.gov/dashboard/)

編輯:陳珮語研究助理 / 校稿:李立安研究員