黃芪中降血糖成分計(jì)算機(jī)虛擬篩選*

翟西峰 張存勞 馮鎖民 張 博 劉 兵 西安醫(yī)學(xué)院藥學(xué)院(西安 710021)

黃芪中降血糖成分計(jì)算機(jī)虛擬篩選*

翟西峰 張存勞 馮鎖民 張 博 劉 兵 西安醫(yī)學(xué)院藥學(xué)院(西安 710021)

目的：虛擬篩選黃芪中的降血糖活性成分及黃芪可能的降血糖機(jī)制。方法：應(yīng)用分子模擬軟件Sybyl-x 2.0軟件中的Surflex-Dock模塊，以黃芪中已報(bào)道的小分子化合物作為配體，分別與糖尿病相關(guān)受體α-葡萄糖苷酶、二肽基肽酶(DPP-IV)、過(guò)氧化酶活化增殖受體γ(PPARγ)、蛋白質(zhì)酪氨酸磷酸酶1B(PTP1B)、醛糖還原酶進(jìn)行對(duì)接，以親和力打分判斷黃芪中的降血糖活性成分。結(jié)果：黃芪皂苷Ⅰ、黃芪甲苷、5-羥基-4-甲氧基黃酮-7-O-β-D-葡萄糖苷-6″-O-丙二酸酯與α-葡萄糖苷酶的結(jié)合活性較高(總分>8.0)；黃芪異黃烷-7-O-β-D-葡萄糖苷-6″-O-丙二酸酯與DPP-IV的結(jié)合活性較高；黃芪紫檀烷-3-O-β-D-葡萄糖苷-6″-O-丙二酸酯與PPARγ的結(jié)合活性較高；黃芪皂苷Ⅰ、大豆皂苷Ⅰ與PTP1B的結(jié)合活性較高；黃芪甲苷、黃芪皂苷Ⅷ、芒柄花素-7-O-β-D-葡萄糖苷-6″-O-丙二酸酯、2'-羥基-3',4'-二甲氧基-異黃烷葡萄糖苷與醛糖還原酶的結(jié)合活性較高。結(jié)論：黃芪降血糖作用具有多成分和多靶點(diǎn)的特點(diǎn)。

近年研究發(fā)現(xiàn)黃芪有良好的降血糖及減少糖尿病并發(fā)癥作用，黃芪多糖可以降低2型糖尿病胰島素抵抗大鼠血糖和改善體內(nèi)脂代謝紊亂，增加胰島素敏感性[1,2]。黃芪注射液治療糖尿病腎病，在減少尿蛋白，改善腎功能方面有較好療效[3-5]。黃芪可顯著提高糖尿病患者足部潰瘍的纖維母細(xì)胞的生存能力[6]。黃芪中何種物質(zhì)發(fā)揮了降血糖作用以及降糖的機(jī)理目前尚不十分清楚。計(jì)算機(jī)虛擬篩選是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的低成本和高收益的發(fā)現(xiàn)新生物活性化合物的方法，已取得了許多成功的例子，例如卡托普利、多佐胺、沙奎那韋、扎那米韋、阿利克侖和尼羅替尼等[7]。本研究應(yīng)用分子模擬軟件Sybyl-x 2.0中的Surflex-Dock模塊，將黃芪中已分離鑒定出的小分子化合物作為配體，與生物大分子糖尿病相關(guān)酶/受體進(jìn)行對(duì)接，根據(jù)其結(jié)合力的大小進(jìn)行打分，分析黃芪中可能的降血糖活性成分并探索黃芪降血糖的可能機(jī)理。

1 儀器與方法 1.1 儀 器 清華同方超翔Z900D臺(tái)式計(jì)算機(jī)，Windows 7操作系統(tǒng)，及Sybyl-x 2.0 分子模擬軟件 (Tripos Inc, St Louis, MO, USA) 中的Surflex-Dock模塊。除特別提及外，其它參數(shù)設(shè)置為默認(rèn)值。

1.2 小分子結(jié)構(gòu)準(zhǔn)備 黃芪中的小分子化學(xué)成分從PubChem化合物數(shù)據(jù)庫(kù)(http://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov)下載，部分小分子物質(zhì)立體結(jié)構(gòu)用sybyl-x 中的化學(xué)結(jié)構(gòu)繪制功能進(jìn)行繪制，并利用軟件對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)處理，具體操作是加Gasteiger-huckel電荷，加Tripos力場(chǎng)和能量最小化。

1.3 蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)準(zhǔn)備 PPARγ(PDB ID 2XKW)、DPP-IV(PDB ID 3W2T)、PTP 1B(PDB ID 2ZMM)、醛糖還原酶(PDB ID 1EF3)及α-葡萄糖苷酶(PDB ID 3W37)的晶體結(jié)構(gòu)從RCSB蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)中下載(http://www.rcsb.org/pdb)利用Surflex-Dock軟件對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)處理。提取復(fù)合物中原配體(確定結(jié)合位點(diǎn))，除去蛋白質(zhì)中的水及其它配體，為蛋白質(zhì)加氫、加電荷，配體模式(ligand mode)用于設(shè)定對(duì)接口袋。

1.4 對(duì)接 Surflex-Dock 用于分子對(duì)接，Cscore用于評(píng)價(jià)結(jié)合打分的一致性，配體模式用于對(duì)接小分子化合物到受體的結(jié)合部位，小分子配體與PTP1B、PPARγ、DPP-IV、醛糖還原酶、α-葡萄糖苷酶受體的親和力打分用于評(píng)價(jià)其結(jié)合力，親和力打分越高說(shuō)明結(jié)合力越強(qiáng)、結(jié)合活性越高，對(duì)接沒(méi)有任何輸出或負(fù)值認(rèn)為失敗，本實(shí)驗(yàn)中親和力8分以上者為親和力較強(qiáng)。

2 結(jié) 果 利用Surflex-Dock軟件將黃芪中主要小分子化合物與糖尿病相關(guān)受體一一進(jìn)行對(duì)接，其對(duì)接結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 黃芪小分子化合物與糖尿病相關(guān)受體的對(duì)接結(jié)果

類別化合物受體與親和力打分α-葡萄糖苷酶DPP-IVPPARγPTP1B醛糖還原酶皂苷類黃芪皂苷Ⅰ11.065.48-44.508.836.22黃芪皂苷Ⅱ6.166.21-17.537.607.34黃芪皂苷Ⅲ1.846.99-22.244.803.68黃芪甲苷8.496.83-22.337.939.85異黃芪苷Ⅱ3.505.10-10.567.074.13黃芪皂苷乙3.906.81-18.266.443.93環(huán)黃芪醇-6.181.73-34.072.122.40黃芪皂苷Ⅷ4.016.28-64.2410.489.37大豆皂苷Ⅰ3.807.85-67.8010.566.66MonghocosideⅠ6.706.49-20.245.305.51MonghocosideⅡ6.34-3.47-27.835.015.13黃酮類毛蕊異黃酮-7-O-β-D-葡萄糖苷7.135.894.355.827.67鷹嘴豆素3.863.764.844.344.93毛蕊異黃酮-7-O-β-D-葡萄糖苷-6″-O-丙二酸酯4.947.424.353.694.745-羥基-4″-甲氧基黃酮-7-O-β-D-葡萄糖苷-6″-O-丙二酸酯8.305.573.784.736.97毛蕊異黃酮3.413.764.204.285.94芳香膜菊素3.525.325.535.427.26芒柄花素-7-O-β-D-葡萄糖苷-6″-O-丙二酸酯7.135.896.585.2510.34芒柄花黃素3.624.185.873.833.927,2',3'-三羥基-4'-甲氧基異黃烷4.527.505.644.516.472'-羥基-3',4'-二甲氧基異黃烷-7-O-β-D-葡萄糖苷5.633.666.255.119.47黃芪異黃烷-7-O-β-D-葡萄糖-6″-O-丙二酸酯4.528.725.655.246.207,2'-二羥基-3',4'-二甲氧基異黃烷5.167.185.644.516.4710-羥基-3,9-二甲氧基紫檀烷3.054.866.024.695.559,10'-二甲氧基紫檀烷-3-O-β-D-葡萄糖苷7.194.960.306.066.75黃芪紫檀烷-3-O-β-D-葡萄糖-6″-O-丙二酸酯5.607.9811.736.527.573-羥基-9,10-二甲氧基紫檀烷4.223.10-1.654.495.01

3 討 論 α-葡萄糖苷酶抑制劑類藥物經(jīng)過(guò)十多年的臨床應(yīng)用，取得了肯定的療效，已成為治療糖尿病的一線藥物。α-葡萄糖苷酶抑制劑通過(guò)可逆性地抑制腸道內(nèi)的α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶(如α-麥芽糖酶、α-蔗糖酶等)，延緩多糖分解為單糖的過(guò)程，從而減慢葡萄糖的吸收速度，降低餐后血糖[8,9]。黃芪中與α-葡萄糖苷酶親和力高的(總分>8.0)化學(xué)成分有黃芪皂苷Ⅰ(11.06分)，黃芪甲苷(8.49分)和5-羥基-4-甲氧基黃酮-7-O-β-D-葡萄糖苷-6″-O-丙二酸酯(8.30分)。

二肽基肽酶IV (DPP-IV) 是一種絲氨酸蛋白酶，DPP-IV能迅速滅活腸促胰島素激素胰高血糖素樣肽-1(GLP-1)和胰島素釋放肽(GIP)，抑制DPP-IV延長(zhǎng)和提高內(nèi)源性GLP-1和GIP的活性，因而刺激胰島素分泌和調(diào)節(jié)血糖。臨床試驗(yàn)表明DPP-IV抑制劑對(duì)2型糖尿病有良好的療效和耐受性，不會(huì)導(dǎo)致體重增加或低血糖[10]。黃芪中的黃芪異黃烷-7-O-β-D-葡萄糖苷-6″-O-丙二酸酯(8.72分)與DPP-IV表現(xiàn)出較高的結(jié)合活性。PPARγ主要參與調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝、胰島素敏感性和葡萄糖體內(nèi)平衡，其受體激動(dòng)劑用于治療高脂血癥和2型糖尿病[11,12]。黃芪中的黃芪紫檀烷-3-O-β-D-葡萄糖苷-6″-O-丙二酸酯(11.73分)與PPARγ有較高的結(jié)合活性。

PTP1B屬于酪氨酸磷酸酶家族，在過(guò)去的十年里，大量的證據(jù)表明PTP1B參與胰島素和瘦蛋白信號(hào)下調(diào)。因此，抑制PTP1B的化合物具有潛在的治療糖尿病和肥胖的作用[13，14]。黃芪皂苷Ⅰ(8.83分)、大豆皂苷Ⅰ(10.56分)與PTP1B有較高的結(jié)合活性。

醛糖還原酶是多元醇通路的一種關(guān)鍵限速酶，催化葡萄糖轉(zhuǎn)化成山梨糖醇，在糖尿病動(dòng)物的各種組織和高葡萄糖條件下培養(yǎng)的細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)過(guò)度積累的山梨糖醇，糖尿病并發(fā)癥發(fā)生的重要因素，如白內(nèi)障、神經(jīng)病變、腎病和視網(wǎng)膜病變，抑制醛糖還原酶可防止或改善長(zhǎng)期糖尿病并發(fā)癥[15]。黃芪中的化學(xué)成分與醛糖還原酶對(duì)接，親和力得分高的(總分>8.0分)成分較多，包括黃芪甲苷(9.85分)、黃芪皂苷Ⅷ(9.37分)、芒柄花素-7-O-β-D-葡萄糖苷-6″-O-丙二酸酯(10.34分)和2'-羥基-3',4'-二甲氧基-異黃烷葡萄糖苷(8.06分)，這或許是黃芪有良好預(yù)防糖尿病并發(fā)癥的主要原因。

綜上所述，黃芪皂苷Ⅰ，黃芪甲苷，黃芪皂苷Ⅷ，大豆皂苷Ⅰ，5-羥基-4-甲氧基黃酮-7-O-β-D-葡萄糖苷-6″-O-丙二酸酯，黃芪異黃烷-7-O-β-D-葡萄糖苷-6″-O-丙二酸酯，芒柄花素-7-O-β-D-葡萄糖苷-6″-O-丙二酸酯，2'-羥基-3',4'-二甲氧基-異黃烷葡萄糖苷，黃芪紫檀烷-3-O-β-D-葡萄糖苷-6″-O-丙二酸酯與糖尿病相關(guān)受體親和力較高，這些化合物可能是黃芪降血糖的主要成分，黃芪的降血糖活性具有多成分和多靶點(diǎn)特點(diǎn)。

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(收稿2014-09-03；修回2014-10-15)

*西安醫(yī)學(xué)院2012年科研計(jì)劃扶植項(xiàng)目(12FZ08);2013年地方 高校國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(201311840005)

黃芪 黃芪苷 @計(jì)算機(jī)篩選

R282

A

10.3969/j.issn.1000-7369.2015.02.053