作用于β2-AR高頻降壓中藥成分的虛擬篩選研究△

王新明，常漢杰，姜佳材，劉園園，相月明，何永，王瑞祥

(山東中醫(yī)藥大學 信息管理學院，山東 濟南 250355)

·基礎(chǔ)研究·

作用于β2-AR高頻降壓中藥成分的虛擬篩選研究△

王新明，常漢杰，姜佳材，劉園園，相月明，何永*，王瑞祥*

(山東中醫(yī)藥大學 信息管理學院，山東 濟南 250355)

目的：發(fā)現(xiàn)治療高血壓的高頻應(yīng)用中藥中作用于β2腎上腺素能受體的潛在有效化學成分，對新型藥物的研制提供參考。方法：網(wǎng)絡(luò)檢索治療高血壓的高頻應(yīng)用中藥的化學成分，并采用基于分子對接的方法篩選出有效成分，然后采用基于配體共同特征的算法合成藥效團。結(jié)果：構(gòu)建中藥化學小分子數(shù)據(jù)庫1個，包含185種化學成分；篩選出6種有效成分：6′-阿魏酰基長春花苷內(nèi)酰胺、金合歡素-7-O-β-D-吡喃葡萄糖苷、芹菜素-7-O-β-D-吡喃葡萄糖苷、糖脂、16α-羥基齒孔酸、腦苷脂；藥效團包含5個藥效特征：2個疏水基團、2個氫鍵給體和1個氫鍵受體。結(jié)論：通過研究篩選的活性成分可能是治療高血壓的有效天然成分，并為治療高血壓和新型藥物的研制提供參考。

高血壓；高頻應(yīng)用中藥；β2腎上腺素能受體；分子對接；藥效團

從分子水平上篩選中藥化學成分和人體相互作用的靶點，是研究和發(fā)現(xiàn)中藥新藥、探索中藥效應(yīng)機制的重要途徑之一。分子對接技術(shù)立足于現(xiàn)代生命科學研究，在大數(shù)據(jù)的支持下，依據(jù)配體與受體的“鎖-鑰原理”，通過計算機模擬備選小分子配體與受體生物大分子相互作用的生物學過程，從而幫助人們在虛擬環(huán)境中完成潛在有效成分的篩選，可縮小研究新藥對象的范圍，提高研究效率，縮短研究周期，降低研究的投入。

原發(fā)性高血壓(Essential Hypertension)是常見的心血管疾病，以體循環(huán)動脈血壓持續(xù)性增高為主要表現(xiàn)的臨床綜合征[1]，是危害人類健康的慢性非傳染病之一。治療原發(fā)性高血壓病的藥物很多，但到目前為止，還沒有能根治而不良反應(yīng)又少的藥物面世[2]，尋找療效顯著而不良反應(yīng)少的抗高血壓新藥仍然是一個重要的課題。與化學藥相比，中藥的不良反應(yīng)較小，而且長期治療效果良好，對于抗高血壓藥物開發(fā)來說具有廣闊的前景。我們通過對現(xiàn)代中醫(yī)高血壓病醫(yī)案的研究發(fā)現(xiàn)，常用抗高血壓中藥經(jīng)藥理研究均證明具有顯著的降壓作用。統(tǒng)計學研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)代中醫(yī)醫(yī)案中治療高血壓病使用頻率超過30%的有7味中藥，分別為菊花、白芍、生地黃、石決明、鉤藤、牛膝、茯苓[3]。本研究以上述7味中藥所含已知化學成分為研究對象，采用分子對接的方法篩選與β2腎上腺素能受體(Beta-2 adrenergic receptor，β2-AR)空間形狀匹配和能量匹配的化學成分，分析其藥效特征，揭示高頻應(yīng)用中藥小分子與β2-AR之間相互作用的機制，發(fā)現(xiàn)治療高血壓的潛在有效天然成分，為治療高血壓的新型藥物研制提供參考。

1 資料與方法

分子對接與藥效團的合成是借助于Accelrys公司Discovery Studio 2.5分子模擬軟件實現(xiàn)的。分子對接的小分子配體數(shù)據(jù)來源于7味高頻應(yīng)用降壓中藥中的已知化學成分。通過對網(wǎng)絡(luò)文獻數(shù)據(jù)庫的檢索，收集高頻應(yīng)用中藥的化學成分，整理得到相關(guān)成分的分子文件(.mol)，借助ChemOffice2004系列軟件之一的ChemFinder構(gòu)建中藥小分子數(shù)據(jù)庫，作為分子對接的配體文件。

原發(fā)性高血壓的發(fā)病與交感神經(jīng)張力增高有著重要關(guān)系，而β2-AR是交感神經(jīng)系統(tǒng)的重要組成部分，它主要通過改變血管緊張性、調(diào)節(jié)腎素釋放、影響水鹽代謝等途徑調(diào)節(jié)血壓，對血壓的短期和長期調(diào)節(jié)均有重要的影響[4]。本研究以高血壓受體β2-AR作為分子對接中藥物作用的受體和靶點。β2-AR(PDB代碼：2R4R)結(jié)構(gòu)通過蛋白質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫PDB(www.rcsb.org/pdb/)獲取。

分子對接采用LigandFit算法：在算法執(zhí)行之前對受體大分子進行去水分子、雜原子以及加氫的操作，對配體小分子進行離子化狀態(tài)、異構(gòu)體狀態(tài)等的準備；選用默認參數(shù)運行算法，成功后，LigandFit算法對應(yīng)的7種打分函數(shù)均得出相應(yīng)的打分值，對7種打分函數(shù)進行一致性評價，得到綜合打分值；根據(jù)評價結(jié)果，篩選出有效小分子，為藥效團的合成提供有效數(shù)據(jù)。藥效團的合成通過HipHop算法實現(xiàn)。通過不斷改變活性構(gòu)想的參數(shù)，篩選出結(jié)合性較好的藥效團，并對藥效團進行藥效特征的分析。

2 結(jié)果

2.1 構(gòu)建中藥化學小分子數(shù)據(jù)庫

通過對高頻應(yīng)用中藥化學成分以及結(jié)構(gòu)的檢索，共得到185個化學小分子，并以此構(gòu)建中藥化學小分子數(shù)據(jù)庫，作為分子對接的配體庫。

2.2 有效分子的篩選

通過LigandFit算法，以β2-AR作為研究對象，從185個化學小分子中篩選出7種化合物。但7種化合物之一除蟲菊素主要用作殺蟲劑，對哺乳動物低毒。而在對藥物進行高通量虛擬篩選時，需要考慮是否具有細胞毒性[5]，故在本研究結(jié)果中予以排除。故本次研究篩選出6種潛在有效成分(見表1)，作為藥效團的合成對象。

表1 計算機虛擬篩選的6種潛在降壓有效成分

表1(續(xù))

2.3 藥效團的合成結(jié)果

通過對HipHop算法運行結(jié)果的分析，得到一個結(jié)合相對較好的藥效團，見圖1。其中6種化合物與藥效團之間的匹配值(FitValue值)見表2。

注：藥效團包含2個疏水中心、2個氫鍵給體、1個氫鍵受體。圖1 基于分子共同特征的藥效團模型

化合物中文名稱化合物英文名稱FitValue金合歡素-7-O-β-D-吡喃葡萄糖苷acacetin-7-O-β-D-gluco-side5 芹菜素-7-O-β-D-吡喃葡萄糖苷apigenin-7-O-β-D-gluco-side3.700496'-阿魏?；L春花苷內(nèi)酰胺rhynchophine2.9924616α-羥基齒孔酸t(yī)umulosicacid2.12177糖脂glycolipid1.78419腦苷脂cerebroside1.46

3 分析與討論

β2-AR與其激動劑結(jié)合后，激活腺苷酸環(huán)化酶(AC)，使cAMP合成增多，從而激活蛋白激酶A，作用于多種糖脂代謝相關(guān)的酶類、離子通道及轉(zhuǎn)錄因子，對心臟、血管、支氣管、代謝、內(nèi)分泌及中樞神經(jīng)系統(tǒng)等發(fā)揮生理作用，表現(xiàn)為血管擴張、支氣管平滑肌的松弛等生理效應(yīng)，從而調(diào)節(jié)機體的血流動力學平衡[4]。本研究通過分子對接篩選所得6′-阿魏?；L春花苷內(nèi)酰胺、金合歡素-7-O-β-D-吡喃葡萄糖苷、芹菜素-7-O-β-D-吡喃葡萄糖苷、糖脂、16α-羥基齒孔酸、腦苷脂6種化合物，可以與β2-AR結(jié)合，其中某一種或某幾種具有選擇性β2-AR激動劑或阻滯劑的作用，通過PKA通路影響血管平滑肌的舒縮，從而與其他中藥成分共同發(fā)揮調(diào)節(jié)血壓的功效，其具體功效與作用機理還需要進一步比較研究和動物實驗加以證實。

藥效團是指能夠為受體位點所識別、并且能夠代表分子生物活性的一組結(jié)構(gòu)特性，是物質(zhì)基礎(chǔ)共同屬性的一種表征方式，是物質(zhì)基礎(chǔ)共同屬性與藥性相關(guān)關(guān)系的研究載體之一[12]。本研究所用到的HipHop算法，是基于配體共同特征的藥效團合成算法?；贖ipHop算法所得到的藥效團模型由5個藥效特征組成，其中2個疏水中心、2個氫鍵給體、1個氫鍵受體。其打分以及FitValue值是相對較好的，說明配體分子間存在良好的共同特征與能量互補關(guān)系。依據(jù)FitValue值對6種化合物排序為金合歡素-7-O-β-D-吡喃葡萄糖苷、芹菜素-7-O-β-D-吡喃葡萄糖苷、6′-阿魏?；L春花苷內(nèi)酰胺、16α-羥基齒孔酸、糖脂、腦苷脂。FitValue值越高，化合物與藥效團的藥效特征匹配越好，依據(jù)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)金合歡素-7-O-β-D-吡喃葡萄糖苷與藥效團的藥效特征完全匹配。

本研究采用分子對接的方法篩選出6種與β2-AR空間形狀匹配和能量匹配較好的化合物，采用藥

效團模型的方法提供了6種化合物具有的共同藥效特征，其結(jié)果有助于揭示高頻應(yīng)用中藥小分子與β2-AR之間的作用機制，分析研究中藥療效產(chǎn)生機制，并為治療高血壓的新型藥物研制提供參考。

[1] 李靜.論高血壓病患者治療和防控的護理[J].護理研究，2014(5)：304.

[2] 邱華麗，潘曉彥.高血壓病防治研究現(xiàn)狀[J].世界中西醫(yī)結(jié)合雜志，2014，9(2)：210-212.

[3] 勇行，宋詠梅.現(xiàn)代中醫(yī)醫(yī)案治療高血壓病的用藥規(guī)律分析[J].中成藥，2014，36(3)：662-664.

[4] 王紅梅，李南方.β2腎上腺素能受體基因多態(tài)性與高血壓相關(guān)關(guān)系的研究進展[J].醫(yī)學綜述，2006，12(21)：1281-1283.

[5] 朱瑞新.計算機輔助藥物設(shè)計——基本方法原理概要與實踐詳解[M].大連：大連理工大學出版社，2011：4.

[6] 汪運，李學剛.華鉤藤葉生物堿提取分離及降壓活性研究[D].重慶：西南大學，2011：2-3.

[7] 張曉媛，段立華，趙丁.菊花化學成分及藥理作用的研究[J].時珍國醫(yī)國藥，2008，19(7)：1702-1704.

[8] 張健，錢大瑋，李友賓，等.菊花的化學成分研究[J].天然產(chǎn)物研究與開發(fā)，2006，18(1)：71.

[9] Shoji Y，Yasushi M，Toshihiro N.Studies on the consituents of Chrysanthemi Flos[J].Shoyakugaku Zasshi，1990，44(4)：335.

[10] 劉迎鳴，何光源，陳明潔.茯苓多糖的提取及生物活性研究[D].武漢：華中科技大學，2008.

[11] 李軍，張麗萍，張振凌.地黃研究進展[J].河南中醫(yī)學院學報，2005(6)：79-83.

[12] 張燕玲，王耘，喬延江.基于藥效團的藥性物質(zhì)基礎(chǔ)研究[J].世界科學技術(shù)一中醫(yī)藥現(xiàn)代化，2009，11(5)：735-738.

VirtualScreeningResearchofHighFrequencyAntihypertensiveTraditionalChineseMedicinalConstituentsWorkedonβ2-AR

WANGXinming，CHANGHanjie，JIANGJiacai，LIUYuanyuan，XIANGYueming，HEYong*，WANGRuixiang*

(ShandongUniversityofTraditionalChineseMedicineInformationManagementCollege，Jinan250355，China)

Objective：To find potential beta-2 adrenergic receptor active chemical constituents of high frequency applied traditional Chinese medicine used for the treatment of hypertension，and provide reference for the new drug development.Methods：The chemical composition of high frequency applied traditional Chinese medicine used for the treatment was selected by network retrieval，the method of molecular docking to screen active ingredients was adopted，and pharmacophore based on the algorithm of ligand common features was synthesized.Results：A traditional Chinese medicine chemistry small molecule database was built，it contains 185 kinds of chemical components.Six kinds of active ingredients includingrhynchophine，acacetin-7-O-β-D-glucoside，apigenin-7-O-β-D-glucoside，glycolipid，tumulosic acid，cerebroside were screened out.The Pharmacophore contains five pharmacodynamic characteristics that includetwo hydrophobic groups and two hydrogen bond donor and one hydrogen bond receptor.Conclusion：The active ingredient may be effective natural ingredients for the treatment of hypertension，and it provides a reference for treatment of hypertension and the development of new drugs.

Hypertension；high frequency applied Chinese traditional medicine；beta-2 adrenergic receptor；molecular docking；pharmacophore

10.13313/j.issn.1673-4890.2015.11.009

2015-07-16)

國家級大學生研究訓練計劃(SRT)項目(201410441088)

*

何永，副教授，研究方向：中醫(yī)藥文獻信息化，E-mail：hantv@163.com； 王瑞祥，副教授，研究方向：中醫(yī)藥數(shù)據(jù)挖掘，E-mail：xinxiguanliyu@163.com