目的：采用Discovery Studio，以一组小分子化合物为实例，示范毒理学性质预测及结果分析操作过程。

所需功能和模块：Discovery Studio Visualizer client和DS TOPKAT。

所需数据文件：1fvv_ligand.dsv。

(资料图片仅供参考)

所需时间：10分钟

介绍

毒理学性质预测流程TOPKAT基于分子的2D结构对化合物的毒性及环境效应进行快速且准确地计算预测并加以验证。该流程采用了一系列强大且经交叉验证过的定量结构毒性关系（QSTR）模型来评估各种毒性预测结果。

基于该流程，我们可以完成以下工作：

快速评估有机化合物一系列毒理学性质

检查子结构以及结构改造的结构毒性关系以及相关的作用机制

分子排名以用于实验测试或者进一步的开发

设计新的化合物

因此采用TOPKAT流程进行毒性预测在节省药物上市时间，减少动物实验，评估人体健康风险以及药物研发流程的战略性部署等方面都起了非常重要的作用。

本教程主要介绍了在Discovery Studio中如何进行小分子化合物毒理学性质的预测，以及预测结果的分析。

本教程包括：

运行TOPKAT流程

分析预测结果

Discovery Studio中计算的毒理学性质包括：

潜在发育毒性（Developmental Toxicity Potential ，DTP)

致突变性（Mutagenicity (Ames test)）

啮齿动物致癌性（Rodent Carcinogenicity）——包括NTP及FDA数据集

大鼠长期口服最低毒副反应水平（Rat Chronic Oral Lowest Observed Adverse EffectLevel，LOAEL）

皮肤致敏性（Skin Sensitization (GPMT) ）

皮肤刺激性（Skin Irritancy）

大鼠口服LD50（Rat Oral LD50）

最大耐受剂量（Maximum Tolerated Dosage）

黑头呆鱼LC50（Fathead Minnow LC50）

大型蚤EC50（Daphnia magna EC50）

VlogP

眼刺激性（Ocular Irritation）

吸入LC50（Inhalational LC50）

好氧生物降解性能（Aerobic Biodegradability）

运行TOPKAT毒性预测流程

1. 导入小分子化合物文件

在文件浏览器（File Explors）中，展开Samples | Receptor-Ligand Interaction，双击打开1fvv_ligand.dsv文件，可以看到1个化合物显示在Molecule Window中。（图1）

图1 小分子化合物示意图

2. 选择计算性质，运行计算流程

在流程浏览器（Protocols Explorer）中，展开Small Molecules | ADMET文件夹，双击Toxicity Prediction（TOPKAT），打开参数浏览器。

点击Input Ligands右边的栅格，在下拉列表中选择1fvv_ligand:Visible，选择该小分子化合物。

点击Models右边的按钮，打开Models对话框，选择所需计算的毒理学模型。

在此教程中，我们选择Ames Mutagenicity、Rat Oral LD50、Aerobic Biodegradability以及NTP Carcinogenicity Call （Male Rat）模型为例。（图2）

点击Detailed Report右边的栅格，在下拉列表中选择True（图3）。

图2 模型选择对话框

图3 Toxicity Prediction（TOPKAT）流程参数设置

点击流程工具栏（Protocols toolbar）中的按钮运行作业，等待作业完成。

注：该作业在2.4 GHz电脑上完成时间不到30秒钟。

为清晰起见，从菜单栏中选择Window | Close All关闭不必要窗口。

3.分析预测结果

待作业完成后，双击作业浏览器中刚完成的作业，打开Report页面。点击Detailed Report (PDF)链接。

该PDF结果文件中包含了4种毒理学模型的计算结果，包括模型名称、模型评价、预测数值等数据。其中Page1（图4）显示了该化合物所有预测的性质汇总及化合物的简单属性，Page2-5（图5）分别显示的是各预测模型所提供的详细数据。

图4 TOPKAT流程计算结果示意图（Page1）

图5 TOPKAT流程计算结果示意图（Page2）

其中Within OPS衡量该小分子化合物是否位于模型的最优预测空间，Within OPS Limits衡量该小分子化合物是否位于模型最优预测空间界限范围之中。若两者均为True，则所得结果可信；若前者为False，后者为True，则所得结果比较可信；若两者均为False，则所得结果需考量。

All Fragments Covered衡量该小分子化合物各片段是否都涵盖于模型中。

Compound in Database衡量该小分子化合物是否是用来构建模型的化合物。

TOPKAT结果中所得数值（如Computed Probability of Mutagenicity）的分类范围及表示意义可在Help文件中查找。

展开菜单栏Help，点击 Help Topics打开帮助文件，Contents下点击选择Small Molecules tools | Theory-Small Molecules | Theory-Toxicity Prediction （TOPKAT），打开相关帮助文件。（图6）

图6 TOPKAT帮助文件示意图

帮助文件中详细说明了TOPKAT结果中所得数值的分类范围及表示意义。

如此教程中计算Aerobic Biodegradability模型，所得结果Probability of Biodegradability是一范围，为0到1数值，数值大于0.7则表示该小分子化合物可以被好氧微生物降解，数值小于0.3则表示该小分子化合物无法被好氧微生物降解，数值位于0.3-0.7之间则无法确定。（图7）

图7 帮助文件中计算数值的分类范围及表示意义

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