对羟基苯甲酸（paraben）介导的11β-羟基类固醇脱氢酶1（11β-hydroxysteroid dehydrogenase 1）抑制作用的结构决定因素：综合运用机理学、动力学及计算模拟方法研究皮质醇（cortisol）的代谢过程

《Toxicology and Applied Pharmacology》：Structural determinants of paraben-mediated 11β-hydroxysteroid dehydrogenase 1 inhibition: Integrated mechanistic, kinetic and in silico approaches to cortisol metabolism

　　

林琳|陈浩天|朱阳|葛仁山|陈超|陈尚琴

温州医科大学第二附属医院及渔婴儿童医院新生儿科，中国浙江省温州市325027

摘要

对羟基苯甲酸酯（Parabens）被广泛用作化妆品、个人护理产品和药品中的抗菌防腐剂。然而，它们潜在的代谢调节作用，特别是对人类11β-羟基甾体脱氢酶1型（11β-HSD1）的抑制作用，目前尚不清楚。本研究评估了4-羟基苯甲酸和9种对羟基苯甲酸酯抑制人类和大鼠肝脏11β-HSD1的能力，探讨了它们的作用机制、结构-活性关系（SAR）、分子相互作用（通过计算机模拟对接）以及对LX-2细胞中皮质醇代谢的影响。壬基对羟基苯甲酸酯表现出了最强的抑制作用，其IC₅₀值最低（人类：6.29 μM），结合亲和力最强（ΔG：人类：?6.84 kcal/mol）。抑制作用的强度顺序为：壬基 > 庚基（IC₅₀ = 11.37 μM）> 己基（15.32 μM）> 苯基（29.99 μM）> 苯基（53.27 μM）> 丁基（58.87 μM）。短链对羟基苯甲酸酯（₅₀为81.93 μM）。观察到的物种特异性结合机制差异强调了将动物模型数据外推到人类身上的谨慎性。这些发现为对羟基苯甲酸酯的代谢调节潜力提供了宝贵的机制见解，突显了它们在结构和物种依赖性上破坏糖皮质激素代谢的能力。

引言

对羟基苯甲酸酯是4-羟基苯甲酸的烷基或芳基酯，由于其广谱抗菌性、化学稳定性和成本效益，被广泛用作化妆品、药品和食品产品的防腐剂（Wei等人，2021年；Ramatinho等人，2025年）。这些化合物可以根据其碳氢链的长度进行结构分类，从水溶性的短链衍生物（如甲基和乙基对羟基苯甲酸酯）到亲脂性的长链变体（包括丁基、己基、庚基和壬基对羟基苯甲酸酯），以及苯基和苯基取代的形式（图S1a）。

由于这些化学物质的广泛使用，人类接触对羟基苯甲酸酯的情况非常普遍，途径包括皮肤吸收、饮食摄入和吸入（Wei等人，2021年；Ramatinho等人，2025年）。生物监测研究在尿液、母乳和胎盘组织中检测到了对羟基苯甲酸酯（Rosen Vollmar等人，2023年），表明尽管它们代谢迅速，但仍可能存在生物累积和长期健康影响（Iacobelli等人，2023年；Song等人，2023年）。

研究表明，对羟基苯甲酸酯具有内分泌干扰作用。多项研究证实它们具有弱雌激素受体结合亲和力（Routledge等人，1998年；Prusakiewicz等人，2007年；Rozzak等人，2017年；Liang等人，2023年；Colnot等人，2024年；Kim等人，2024年），以及人体雌激素相关受体拮抗作用（Zhang等人，2013年）和雄激素受体拮抗作用（Chen等人，2007年；Orton等人，2014年），并且已被证明能够抑制类固醇生成酶，如3α-羟基甾体脱氢酶（Kley等人，2024年）、17β-羟基甾体脱氢酶1（Engeli等人，2017年；Chen等人，2024年）、3β-羟基甾体脱氢酶（Ding等人，2024年；Xiang等人，2025年）、芳香化酶（van Meeuwen等人，2008年；Gong等人，2024年）和5α-还原酶1（Zhu等人，2024年）的活性。新兴研究还提示对羟基苯甲酸酯可能与代谢紊乱和内分泌干扰有关（Nuti等人，2024年），包括糖尿病和肥胖。一项来自中国队列研究的流行病学证据（n = 1713人，包括880例2型糖尿病患者和833名对照组）发现，尿液中的甲基对羟基苯甲酸酯水平越高，糖尿病风险越大，而乙基和丁基对羟基苯甲酸酯则与糖尿病风险呈负相关（Song等人，2023年）。另一项涉及中国武汉103例妊娠糖尿病女性的研究发现，甲基、乙基和丙基对羟基苯甲酸酯与糖尿病之间存在相关性，但丁基和苯基对羟基苯甲酸酯则没有这种相关性（Liu等人，2019年）。这些差异可能是由于暴露水平、对羟基苯甲酸酯类型或人群易感性的不同造成的。然而，由于大多数证据仍属于观察性研究，因果关系尚不明确，需要进一步的研究才能得出明确结论。

11β-羟基甾体脱氢酶1（11β-HSD1）已成为代谢紊乱、肾上腺疾病和肺功能障碍的关键靶点（Hundertmark等人，2002年；Peng等人，2016年；Guan等人，2021年）。该酶通过催化NADPH依赖性的转化过程，在组织水平上调节糖皮质激素的作用，将皮质酮（E）转化为皮质醇（F）（或在啮齿动物中将11-脱氢皮质酮（DHC）转化为皮质酮（CORT）），这一过程对于维持葡萄糖稳态、炎症反应、应激适应和肺功能至关重要（图S1b）（Hundertmark等人，2002年；Morris等人，2007年；Zhou等人，2011年；Li等人，2015年；Gomez-Sanchez和Gomez-Sanchez，2021年；Hao等人，2024年）。它主要在糖皮质激素敏感的组织中表达，如肝脏、脂肪组织和生殖腺、肺部（Chapman等人，2013年）。抑制11β-HSD1会导致胎儿肺部功能障碍（Hundertmark等人，2002年）。

该酶的催化三联体（人类中的Ser170、Tyr179、Lys183；大鼠中的Ser166、Tyr173、Lys179）对于底物/辅因子的结合至关重要（Tomlinson等人，2004年；Chapman等人，2013年）。与己糖-6-磷酸脱氢酶（H6PDH）的功能耦合确保了肝细胞和脂肪细胞中皮质酮还原所需的NADPH供应（Hewitt等人，2005年）。

虽然对羟基苯甲酸酯与糖尿病和肺部疾病有关，但其结构-活性关系（SAR）和11β-HSD1抑制的3D-QSAR药效团模型尚未得到充分研究。本研究系统评估了4-羟基苯甲酸和9种对羟基苯甲酸酯对11β-HSD1酶的抑制动力学、3D-QSAR药效团特征和分子对接相互作用，以及肝细胞模型中的皮质醇合成情况。

章节片段

材料与化学品

皮质酮（E）、皮质醇（F）、11-脱氢皮质酮（DHC）和皮质酮（CORT）购自Steraloids（美国罗德岛州新港市）。甲基对羟基苯甲酸酯（≥98%，CAS号99–76-3）来自Aladdin（上海），而乙基（CAS号120–47-8）、丙基（CAS号94–13-3）、丁基（CAS号94–26-8）、己基（CAS号1083-27-8）、庚基（CAS号1085-12-7）、壬基（CAS号38713–56-3）和苯基（CAS号94–18-8）对羟基苯甲酸酯（≥98%）来自Maclin（上海）。苯基对羟基苯甲酸酯（≥98%，CAS号17696–62-7）也来自Maclin（上海）。

对羟基苯甲酸酯对人类11β-HSD1的影响

通过测量底物皮质酮转化为产物皮质醇的过程，确定了人类肝脏11β-HSD1的酶活性。动力学分析显示，该酶的Km值为0.99 ± 0.14 μM（R² = 0.94，图1a），与先前报道的值一致（Hao等人，2024年；Hu等人，2024年），Vmax值为103.3 ± 5.81 pmol/mg/min。为了评估对羟基苯甲酸酯的抑制作用，我们筛选了4-羟基苯甲酸和9种不同的对羟基苯甲酸酯对人类11β-HSD1的抑制效果。值得注意的是，丁基对羟基苯甲酸酯……

讨论

本研究提供了关于对羟基苯甲酸酯对人类和大鼠11β-HSD1抑制作用的新见解，揭示了显著的SAR、物种依赖性差异及其潜在的生理后果。我们的发现扩展了先前的研究，确定了对羟基苯甲酸酯的关键SAR趋势，即烷基链长度和芳香基取代与其抑制效力的关系，显示出物种特异性差异，其中人类11β-HSD1被长链烷基对羟基苯甲酸酯抑制……

CRediT作者贡献声明

林琳：撰写——原始草案、验证、方法学、正式分析。陈浩天：方法学。朱阳：软件。葛仁山：撰写——审阅与编辑、资金获取。陈超：指导。陈尚琴：撰写——审阅与编辑、指导。

利益冲突声明

我们没有利益冲突。

致谢

本工作得到了国家自然科学基金（编号82371610）的支持（资助给R.S.G.）。