目的：采用Discovery Studio，以一組小分子化合物為實例，示范毒理學性質預測及結果分析操作過程。

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

所需數據文件：1fvv_ligand.dsv。

(資料圖片僅供參考)

所需時間：10分鐘

介紹

毒理學性質預測流程TOPKAT基于分子的2D結構對化合物的毒性及環境效應進行快速且準確地計算預測并加以驗證。該流程采用了一系列強大且經交叉驗證過的定量結構毒性關系（QSTR）模型來評估各種毒性預測結果。

基于該流程，我們可以完成以下工作：

快速評估有機化合物一系列毒理學性質

檢查子結構以及結構改造的結構毒性關系以及相關的作用機制

分子排名以用于實驗測試或者進一步的開發

設計新的化合物

因此采用TOPKAT流程進行毒性預測在節省藥物上市時間，減少動物實驗，評估人體健康風險以及藥物研發流程的戰略性部署等方面都起了非常重要的作用。

本教程主要介紹了在Discovery Studio中如何進行小分子化合物毒理學性質的預測，以及預測結果的分析。

本教程包括：

運行TOPKAT流程

分析預測結果

Discovery Studio中計算的毒理學性質包括：

潛在發育毒性（Developmental Toxicity Potential ，DTP)

致突變性（Mutagenicity (Ames test)）

嚙齒動物致癌性（Rodent Carcinogenicity）——包括NTP及FDA數據集

大鼠長期口服最低毒副反應水平（Rat Chronic Oral Lowest Observed Adverse EffectLevel，LOAEL）

皮膚致敏性（Skin Sensitization (GPMT) ）

皮膚刺激性（Skin Irritancy）

大鼠口服LD50（Rat Oral LD50）

最大耐受劑量（Maximum Tolerated Dosage）

黑頭呆魚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）

運行TOPKAT毒性預測流程

1. 導入小分子化合物文件

在文件瀏覽器（File Explors）中，展開Samples | Receptor-Ligand Interaction，雙擊打開1fvv_ligand.dsv文件，可以看到1個化合物顯示在Molecule Window中。（圖1）

圖1 小分子化合物示意圖

2. 選擇計算性質，運行計算流程

在流程瀏覽器（Protocols Explorer）中，展開Small Molecules | ADMET文件夾，雙擊Toxicity Prediction（TOPKAT），打開參數瀏覽器。

點擊Input Ligands右邊的柵格，在下拉列表中選擇1fvv_ligand:Visible，選擇該小分子化合物。

點擊Models右邊的按鈕，打開Models對話框，選擇所需計算的毒理學模型。

在此教程中，我們選擇Ames Mutagenicity、Rat Oral LD50、Aerobic Biodegradability以及NTP Carcinogenicity Call （Male Rat）模型為例。（圖2）

點擊Detailed Report右邊的柵格，在下拉列表中選擇True（圖3）。

圖2 模型選擇對話框

圖3 Toxicity Prediction（TOPKAT）流程參數設置

點擊流程工具欄（Protocols toolbar）中的按鈕運行作業，等待作業完成。

注：該作業在2.4 GHz電腦上完成時間不到30秒鐘。

為清晰起見，從菜單欄中選擇Window | Close All關閉不必要窗口。

3.分析預測結果

待作業完成后，雙擊作業瀏覽器中剛完成的作業，打開Report頁面。點擊Detailed Report (PDF)鏈接。

該PDF結果文件中包含了4種毒理學模型的計算結果，包括模型名稱、模型評價、預測數值等數據。其中Page1（圖4）顯示了該化合物所有預測的性質匯總及化合物的簡單屬性，Page2-5（圖5）分別顯示的是各預測模型所提供的詳細數據。

圖4 TOPKAT流程計算結果示意圖（Page1）

圖5 TOPKAT流程計算結果示意圖（Page2）

其中Within OPS衡量該小分子化合物是否位于模型的最優預測空間，Within OPS Limits衡量該小分子化合物是否位于模型最優預測空間界限范圍之中。若兩者均為True，則所得結果可信；若前者為False，后者為True，則所得結果比較可信；若兩者均為False，則所得結果需考量。

All Fragments Covered衡量該小分子化合物各片段是否都涵蓋于模型中。

Compound in Database衡量該小分子化合物是否是用來構建模型的化合物。

TOPKAT結果中所得數值（如Computed Probability of Mutagenicity）的分類范圍及表示意義可在Help文件中查找。

展開菜單欄Help，點擊 Help Topics打開幫助文件，Contents下點擊選擇Small Molecules tools | Theory-Small Molecules | Theory-Toxicity Prediction （TOPKAT），打開相關幫助文件。（圖6）

圖6 TOPKAT幫助文件示意圖

幫助文件中詳細說明了TOPKAT結果中所得數值的分類范圍及表示意義。

如此教程中計算Aerobic Biodegradability模型，所得結果Probability of Biodegradability是一范圍，為0到1數值，數值大于0.7則表示該小分子化合物可以被好氧微生物降解，數值小于0.3則表示該小分子化合物無法被好氧微生物降解，數值位于0.3-0.7之間則無法確定。（圖7）

圖7 幫助文件中計算數值的分類范圍及表示意義

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