基于分子對接預(yù)測黃芩-黃連藥對抑制α-葡萄糖苷酶的活性成分

周國勤 ，周 鵬

(1.安徽省藥品審評查驗中心，安徽 合肥 230051；2.安徽中醫(yī)藥大學(xué) 中西醫(yī)結(jié)合學(xué)院，安徽 合肥230031；3.中藥提取安徽省技術(shù)創(chuàng)新中心，安徽 亳州 236800)

黃芩-黃連藥對出自《傷寒論》，目前常用于傳統(tǒng)中藥方劑中，如：葛根芩連湯、半夏瀉心湯、黃連解毒湯等[1]。黃芩味苦、性寒，可清熱燥濕、瀉火解毒；黃連味苦、性寒，可清熱瀉火。中醫(yī)認(rèn)為，黃芩和黃連聯(lián)合應(yīng)用，達(dá)到清熱燥濕、瀉火解毒之功效，現(xiàn)代動物實驗結(jié)果表明黃芩-黃連藥對通過調(diào)控MAPK/PI3K/AKT信號通路改善2型糖尿?。═ype II diabetes mellitus, T2DM）大鼠的葡萄糖和脂肪代謝，達(dá)到降血糖作用[2]。

T2DM屬中醫(yī)“消渴”“消癉”范疇，中醫(yī)病機主要為燥熱，治療以清熱為基本治則[3]，黃芩-黃連藥對是臨床上最為常用的清熱解毒藥對，也是中醫(yī)臨床上治療糖尿病的常用藥對，但其作用機制和靶點尚不明確。目前，α-葡萄糖苷酶抑制劑（AGIs）一類以延緩腸道碳水化合物吸收而達(dá)到治療T2DM的口服降糖藥物，最終達(dá)到調(diào)整血糖水平、治療糖尿病的目的[4-5]，研究發(fā)現(xiàn)黃酮類、生物堿類、多糖類及酚類化合物均具有良好的α-葡萄糖苷酶抑制活性，而黃芩-黃連藥對中的主要成分以黃酮類和生物堿類居多，但具體發(fā)揮α-葡萄糖苷酶抑制活性的化合物尚不清楚，因此，通過虛擬篩選黃芩-黃連藥對中的α-葡萄糖苷酶抑制劑，對明確其藥效物質(zhì)基礎(chǔ)和開發(fā)新藥均具有十分重要的意義。

因此，本研究采用SystemsDock WebSite平臺對黃芩-黃連文獻(xiàn)報道的小分子化合物與α-葡萄糖苷酶對接，根據(jù)pKd/pKi評分結(jié)果，分析黃芩-黃連藥對發(fā)揮降糖作用的物質(zhì)基礎(chǔ)，并虛擬預(yù)測出潛在的活性成分，為進(jìn)一步開發(fā)黃芩-黃連藥對和開發(fā)新型α-葡萄糖苷酶抑制劑提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 黃芩-黃連藥對化學(xué)成分的收集

本研究通過TCMSP數(shù)據(jù)庫對黃芩-黃連2味中藥已報道成分和ADME參數(shù)進(jìn)行檢索[6]，得到所有成分為黃芩143個、黃連48個，根據(jù)成藥性原則，選取同時滿足口服生物利用度（Oral Bioavailability,OB）≥30%、類藥性（Drug-Likeness, DL）≥0.18、相對分子量MW（180-500）作為生物活性成分，構(gòu)建化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)庫[7-8]，用于分子對接。

1.2 分子對接

從蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫中（http://www.rcsb.org）下載α-葡萄糖苷酶的三維晶體結(jié)構(gòu)（PDB ID: 3A4A）[9]。采用SystemsDock WebSite平臺進(jìn)行分子對接[10]，分別得到每個化合物與α-葡萄糖苷酶的結(jié)合打分（pKd/pKi），根據(jù)對接平臺規(guī)定，pKd/pKi越高，配體與受體結(jié)合越穩(wěn)定，將通過pKd/pKi的高低和與氨基酸殘基結(jié)合的數(shù)目綜合評價化合物與靶點的結(jié)合活性。

2 結(jié)果

2.1 黃芩-黃連藥對中小分子化合物的化學(xué)信息

按照篩選條件得40個化學(xué)成分，并從PubChem化合物數(shù)據(jù)庫（http://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov）下載小分子化學(xué)成分的結(jié)構(gòu)，其化學(xué)信息見表1。

表 1 黃芩-黃連藥對中小分子化合物的化學(xué)信息Tab. 1 Chemical information of Scutellariae Radix and Coptidis Rhizoma

2.2 分子對接結(jié)果

黃芩-黃連藥對中活性成分與α-葡萄糖苷酶的分子對接結(jié)果體現(xiàn)在pKd/pKi評分上，pKd/pKi評分高于自身配體，說明活性成分與靶點之間的結(jié)合能力越強，活性成分的作用強度越大，且高于自身配體，這些化合物均可能成為重要的活性化合物進(jìn)行開發(fā)利用。排在前20%的化合物以黃酮類化合物為主，且打分高低排序是槲皮酮>槲皮素>去甲漢黃芩素>黃芩素、黃烷酮>廣玉蘭內(nèi)酯>二氫黃芩苷、紅花定，其中，槲皮酮與α-葡萄糖苷酶活性位點的匹配度最高，說明槲皮酮可作為天然α-葡萄糖苷酶抑制劑的先導(dǎo)化合物進(jìn)行研究開發(fā)，見表2；槲皮酮、去甲漢黃芩素、黃芩素、黃烷酮、二氫黃芩苷、紅花定來自于黃芩，槲皮素、廣玉蘭內(nèi)酯來自于黃連，這可能是黃芩-黃連藥對發(fā)揮藥效的物質(zhì)基礎(chǔ)。通過分子對接結(jié)果的2D圖（見圖1），可以直觀看出活性化合物與α-葡萄糖苷酶的結(jié)合位點，相互作用是分子間氫鍵和范德華力，共同的氨基酸殘基結(jié)合位點是Tyr A158、Phe A159、Phe A178、Asp A352。

圖 1 黃芩-黃連藥對中較高活性化學(xué)成分與α-葡萄糖苷酶氨基酸殘基對接2D圖Fig.1 2D drawing of docking of amino acid residues of α-glucosidase with higher active chemical components in Scutellariae Radix and Coptidis Rhizoma

表 2 黃芩-黃連藥對中較高活性化學(xué)成分與α-葡萄糖苷酶氨基酸殘基對接情況表Tab. 2 Docking of amino acid residues of α-glucosidase with higher active chemical components in Scutellariae Radix and Coptidis Rhizoma

3 討論

α-葡萄糖苷酶抑制劑，可抑制上消化道酶，有效阻斷復(fù)雜的碳水化合物分解成葡萄糖，進(jìn)而延緩了腸道內(nèi)壁細(xì)胞對葡萄糖的吸收，降低餐后血糖水平，血糖得到有效控制[11-13]，故而α-葡萄糖苷酶抑制劑在糖尿病的治療中起著至關(guān)重要的作用。目前，臨床上主要用于2型糖尿病治療的α-葡萄糖苷酶抑制劑有阿卡波糖、米格列醇和伏格列波糖等，雖然療效明確，但存在耐藥性和胃腸道副作用，如：腹部不適、腸胃脹氣和腹瀉等，在一定程度上限制了這類藥物的長期應(yīng)用[14-15]。因此，尋找更強抑制活性和副作用低的α-葡萄糖苷酶抑制劑顯得尤為重要。目前，黃酮類化合物作為一種具有潛在安全性的α-葡萄糖苷酶抑制劑備受關(guān)注，許多天然產(chǎn)物中的黃酮類成分可以作為α-葡萄糖苷酶抑制劑，延長碳水化合物的消化時間，大幅降低餐后升高的血糖，達(dá)到降血糖的目的[16-17]。槲皮素及其衍生物具有良好的抗α-葡萄糖苷酶活性的作用[18]。

本研究中的黃芩-黃連藥對是臨床防治2型糖尿病的常用藥對，具有良好的降糖作用。黃芩中含有多種黃酮類化學(xué)成分，其對α-葡萄糖苷酶具有較好的抑制活性，其中，燈盞細(xì)辛和芹菜素對酶的整體抑制作用更大，而黃芩苷和黃芩素具有整體抗氧化能力，因此黃芩作為潛在補充劑應(yīng)用于糖尿病的防治中[19]。本研究通過分子對接預(yù)測發(fā)現(xiàn)，黃芩-黃連藥對發(fā)揮藥效的物質(zhì)基礎(chǔ)是以黃酮類化合物為主，這與黃酮類化合物自身具有較強的α-葡萄糖苷酶抑制活性相關(guān)，其中發(fā)現(xiàn)槲皮酮與α-葡萄糖苷酶活性位點的匹配度最高，同時也有研究發(fā)現(xiàn)槲皮酮對糖化終產(chǎn)物誘導(dǎo)的小鼠微血管內(nèi)皮細(xì)胞血管細(xì)胞黏附分子-1表達(dá)的抑制作用，說明槲皮酮可抑制非酶糖化、防治糖尿病慢性并發(fā)癥的作用[20]，因此，通過分子對接和文獻(xiàn)報道，槲皮酮可作為天然α-葡萄糖苷酶抑制劑進(jìn)行進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

本研究采用分子對接技術(shù)預(yù)測黃芩-黃連藥對發(fā)揮抗糖尿病的藥效物質(zhì)基礎(chǔ)，并虛擬篩選出天然的α-葡萄糖苷酶抑制劑，發(fā)現(xiàn)黃芩-黃連藥對中黃酮類化合物可能是發(fā)揮藥效的活性成分，以槲皮酮效果最優(yōu)。本研究從分子水平闡述了黃芩-黃連藥對防治2型糖尿病的作用機制，為深入開發(fā)黃芩-黃連藥對的物質(zhì)基礎(chǔ)和發(fā)現(xiàn)天然α-葡萄糖苷酶抑制劑提供一定的理論依據(jù)。