合歡皮小分子化合物對(duì)單胺氧化酶A抑制作用的分子對(duì)接研究

李好好 吳俊勇 葉艷 俞靈志

摘 ?????要： 單胺氧化酶A是治療抑郁癥藥物的重要靶點(diǎn)，中藥合歡皮提取物具有單胺氧化酶A抑制作用，但作用機(jī)制還未探明。通過查相關(guān)文獻(xiàn)收集合歡皮已知的5個(gè)小分子化合物，從酶蛋白數(shù)據(jù)庫下載了人體單胺氧化酶A晶體結(jié)構(gòu)pdb文件。采用分子對(duì)接軟件autodock4.2虛擬篩選出合歡皮中與單胺氧化酶較好結(jié)合作用的化合物。對(duì)接結(jié)果有助于闡釋抗抑郁作用機(jī)制，為合歡皮治療抑郁癥研究提供一定的參考。

關(guān) ?鍵 ?詞：?jiǎn)伟费趸窤;抑郁癥;合歡皮;分子對(duì)接

中圖分類號(hào)：R964; Q615 ????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：?A ??????文章編號(hào)： 1671-0460（2020）01-0006-04

Analysis on Molecular Docking of Monoamine Oxidase?A

Inhibition by Constituents of Albiziajulibrissin

?LI Hao-hao， WU Jun-yong^*， YE Yan， YU Ling-zhi

（School of Pharmaceutical and Materials Engineerin， Taizhou University， Zhejiang Taizhou 318000， China）

Abstract： Monoamine oxidase A （MAO A） is considered?as?an important target for therapy of depression. The extract?of Albizziajulibrissin cortex has the inhibitory effect of MAO A， but the mechanism of action has not been clarified. Five known small molecular compounds in Albizziajulibrissin were collected by consulting pertinent literatures about chemical research of Albizziajulibrissin. The crystal structure PDB files of MAO A were downloaded from the Protein Data Bank. Molecular docking software autodock 4.2 was used to screen out the compounds with good binding to monoamine oxidase A in the cortex of Albiziajulibrissin. The docking results are helpful to elucidate the mechanism of antidepressant action and provide some reference for the study of Albiziajulibrissin in the treatment of depression.

Key words：?Monoamine oxidase A; Depression; Albizziajulibrissin; Molecular docking

抑郁癥是一種常見的情感障礙性精神疾病，青年為多發(fā)病群體，且發(fā)病率逐年上升，預(yù)測(cè)2020年患有抑郁癥的人將達(dá)到總?cè)丝跀?shù)的10%，成為全球僅次于心臟病的第二大常見疾病^[1]。抑郁癥是一個(gè)多機(jī)制復(fù)雜的病癥，現(xiàn)在單胺假說提出抑郁癥的發(fā)病機(jī)理是由于中樞神經(jīng)系統(tǒng)中5-羥色胺（5-HT）、NE釋放下降，突觸間隙含量減少缺乏所致^[2]。在治療抑郁癥過程，抗抑郁藥物的作用機(jī)制通常是采用提高突觸間隙的單胺類神經(jīng)遞質(zhì)的含量來達(dá)到抗抑郁作用的。臨床顯示，隨著抗抑郁藥物的給予，抑郁癥狀的改善，5-HT、NE含量增加，故而抑郁癥的發(fā)生與5-HT、NE量的改變有著緊密的關(guān)系。單胺氧化酶（monoamine?oxidase，?MAO） A是人體內(nèi)天然存在的一種酶，它能催化單胺類物質(zhì)進(jìn)行氧化脫氨反應(yīng)^[3，4]。所以抑郁癥的發(fā)生則是因?yàn)閱伟费趸傅漠惓７置趯?dǎo)致5-HT、NE降解過多，含量減少導(dǎo)致的。目前的一些單胺氧化酶A（MAOA）抑制劑如嗎氯貝胺等西藥由于起效慢，副作用大等缺點(diǎn)，患者耐受性較差，影響其治療^[5]。傳統(tǒng)中藥通過整體調(diào)整，具有副作用不良反應(yīng)少等優(yōu)勢(shì)。從中草藥中尋找合研制理想的抗抑郁藥，正日益受到人們的重視。合歡皮為豆科植物合歡的干燥樹皮，多于夏秋季節(jié)剝?nèi)?，曬干而成。外表面灰棕色至灰褐色，性味甘、平。有解郁、和血、寧心、消癰腫之功，有治心神不安、憂郁、失眠之效^[6-8]。近年來，一些學(xué)者對(duì)合歡皮的鎮(zhèn)靜安神和解郁等功效進(jìn)行了較多的研究，但對(duì)其抗抑郁作用的機(jī)理研究未見報(bào)道。

分子對(duì)接可以模擬受體生物大分子蛋白酶和配體小分子化合物之間的相互作用^[9-12]。通過計(jì)算機(jī)模擬，可以預(yù)測(cè)兩者之間的結(jié)合構(gòu)象和結(jié)合能，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)藥物的模擬篩選，大大提高了藥物研究的效率^[13-20]。本文主要是對(duì)合歡皮中的5種已鑒定的主要成分及藥物嗎氯貝胺與MAO-A的分子對(duì)接進(jìn)行研究，可以給出小分子與蛋白作用的氫鍵和結(jié)合自由能作為依據(jù)用來評(píng)價(jià)對(duì)接結(jié)果，能量越低說明小分子與蛋白結(jié)合越牢靠，確認(rèn)合歡皮中抗抑郁作用的主要成分。

1 ?實(shí)驗(yàn)方法

1.1 ?受體和配體文件準(zhǔn)備

受體人體單胺氧化酶A的晶體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)從蛋白數(shù)據(jù)庫（http：//www.rcsb.org/pdb）下載，人體單胺氧化酶A的晶體結(jié)構(gòu)的PDB的ID為2Z5X。用PyMOL軟件去掉PDB文件中所有的結(jié)晶水和配體駱駝蓬堿（圖1）。

通過查相關(guān)文獻(xiàn)^[21]得知合歡皮中化學(xué)成分分離鑒定的有5個(gè)小分子化合物（圖2），分別為：（1） 2 （-）-丁香樹脂酚-4-O-β-D-呋喃芹糖基-（1→2）-β-D-吡喃葡萄糖苷^[22]、（2）（R）-2-反式-2， 6-二甲基-6-O-β-D-吡喃雞納糖基-2，7-辛二烯酸、（3） （S）2-反式-2，6-二甲基-6-O-β-D-吡喃雞納糖基-2，7-辛二烯酸、（4）5，5 -dimethoxy-7-oxolariciressinol和（5）（-）-丁香樹脂酚。為了對(duì)比，配體加上已經(jīng)上市的單胺氧化酶A抑制劑類抗抑郁藥嗎氯貝胺，標(biāo)記為分子（6）。使用ChemBio3D Ultra 2014繪制配體化合物三維結(jié)構(gòu)，使用MM2力場(chǎng)進(jìn)行能量優(yōu)化，再使用量子化學(xué)軟件GAUSSIAN 03^[23]在B3LYP/ 6-31G水平上對(duì)分子進(jìn)一步幾何結(jié)構(gòu)優(yōu)化^[24]， 將優(yōu)化好的分子保存為 PDB格式備用。

1.2 ?分子對(duì)接

采用AutoDockTools-1.5.6對(duì)刪除掉所有的結(jié)晶水和配體的靶蛋白2Z5X進(jìn)行加電荷和加氫處理，保存為受體PDBQT格式文件，靶蛋白采用剛性分子處理^[25]。配體合歡皮小分子化合物（包含抗抑郁藥嗎氯貝胺）可扭轉(zhuǎn)鍵保持設(shè)置為可自由旋轉(zhuǎn)，進(jìn)行半柔性對(duì)接，添加電荷，最后保存為PDBQT格式^[26]。采用Autogrid4.2進(jìn)行格點(diǎn)能的計(jì)算，根據(jù)靶蛋白2Z5X中原配體駱駝蓬堿的空間位置設(shè)置盒子中心坐標(biāo)34.70，28.13，-20.10，大分子受體格點(diǎn)盒子大小為9.2 nm×8.9 nm×9.3 nm，每個(gè)小格子間距為0.037 5 nm^[25，26]。使用AutoDock4.2采用拉馬克遺傳算法進(jìn)行半柔性對(duì)接，對(duì)小分子配體的位置和構(gòu)象進(jìn)行全局搜索，且對(duì)每個(gè)配體進(jìn)行100次獨(dú)立的對(duì)接，能量評(píng)定設(shè)置為最大值^[24]，對(duì)接的結(jié)果根據(jù)均方根偏離標(biāo)準(zhǔn)0.2 nm進(jìn)行歸類成簇。其他參數(shù)設(shè)置為默認(rèn)值，評(píng)分函數(shù)為半經(jīng)驗(yàn)的自由能計(jì)算方法（圖2）。

2 ?結(jié)果和討論

2.1 ?嗎氯貝胺（Moclobemide）和MAO-A對(duì)接

由圖3和表1可見，嗎氯貝胺（Moclobemide）與MAO-A對(duì)接后形成3個(gè)氫鍵。第一個(gè)是由嗎氯貝胺上的氫與單胺氧化酶A的氨基酸殘基GLY443羰基上的氧形成的氫鍵。第二個(gè)氫鍵是由嗎氯貝胺上的氫與酸殘基ALA68羰基上的氧形成的。第三個(gè)氫鍵是由嗎氯貝胺上的氫與酸殘基TYR69上的氧形成的。最大族中最低結(jié)合能為-7.60 kcal/mol。

2.2 ?化合物（1）2 （-）-丁香樹脂酚-4-O-β-D-呋喃芹糖基-（1→2）-β-D-吡喃葡萄糖苷和MAO-A對(duì)接

由圖4和表1可見，（-）-丁香樹脂酚-4-O-β-D-呋喃芹糖基-（1→2）-β-D-吡喃葡萄糖苷與MAO-A對(duì)接共形成了4個(gè)氫鍵。4個(gè)氫鍵分別由（-）-丁香樹脂酚-4-O-β-D-呋喃芹糖基-（1→2）-β-D-吡喃葡萄糖苷上的氫原子與氨基酸殘基ILE486， THR439， GLU485， GLY203的羰基上的氧原子形成。最大族中最低結(jié)合能為-5.08 kcal/mol。

2.3 ?化合物（2）（R）-2-反式-2，6-二甲基-6-O-β-D-吡喃雞納糖基-2，7-辛二烯酸和MAO-A對(duì)接

由圖5和表1可見化合物（2）（R）-2-反式-2， 6-二甲基-6-O-β-D-吡喃雞納糖基-2， 7-辛二烯酸與單胺氧化酶A的氨基酸殘基ILE23， ARG51， ALA68， MET445， GLY67形成5個(gè)氫鍵。最大族中最低結(jié)合能為-9.36 kcal/mol。

2.4 ?化合物（3）（S）-2-反式-2，6-二甲基-6-O-β-D-吡喃雞納糖基-2，7-辛二烯酸和MAO-A對(duì)接

由圖6和表1可見化合物（3）（S）-2-反式-2，6-二甲基-6-O-β-D-吡喃雞納糖基-2，7-辛二烯酸與單胺氧化酶A的氨基酸殘基ALA68，TR69，MET445，

ILE23，ARG51和GLY67形成6個(gè)氫鍵。最大族中最低結(jié)合能為-9.07 kcal/mol。

2.5 化合物（4）5，5 -dimethoxy-7-Oxolariciressi-nol與單胺氧化酶A對(duì)接

由圖7和表1可見化合物（4）與單胺氧化酶A的氨基酸殘基MET300，LYS280，GLU188，GLN401形成4個(gè)氫鍵，最大族中最低結(jié)合能為-6.23 kcal/mol。

2.6 ?化合物（5）（-）-丁香樹脂酚與單胺氧化酶A對(duì)接

由圖8和表1可見（-）-丁香樹脂酚與單胺氧化酶A的MET445氨基酸殘基形成1個(gè)氫鍵，最大族中最低結(jié)合能為-9.44 kcal/mol。

3 ?結(jié)論

從對(duì)接結(jié)果可知，合歡皮5個(gè)小分子化合物和嗎氯貝胺與人體單胺氧化酶A相互作用的結(jié)合能大小順序是化合物5>2>3>嗎氯貝胺>4>1， 結(jié)合能大于抗抑郁藥嗎氯貝胺的化合物有化合物（2） （R）-2-反式-2， 6-二甲基-6-O-β-D-吡喃雞納糖基-2 ，7-辛二烯酸、（3）（S）2-反式-2， 6-二甲基-6-O-β-D-吡喃雞納糖基-2 ， 7-辛二烯酸和（5）（-）-丁香樹脂酚。所以得出合歡皮具有很好的抗抑郁作用?；衔铮?）（-）-丁香樹脂酚與單胺氧化酶A相互作用的結(jié)合能最大，抑制效果可能最強(qiáng)。

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