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物理化學(xué)學(xué)報(bào)(Wuli Huaxue Xuebao) Acta Phys. -Chim. Sin. 2012, 28 (5), 1257-1264
doi: 10.3866/PKU.WHXB201202212

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復(fù)方心可舒治療冠心病多靶點(diǎn)作用的分子對(duì)接
胡衍保 1 彭靜波 1 顧 碩2 裴劍鋒 2,*
2

鄒忠梅 1,*

(1 中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院藥用植物研究所, 北京 100193; 摘要:

北京大學(xué)理論生物學(xué)中心, 北京 100871)

心可舒為治療冠心病的常用中藥復(fù)方, 臨床療效確切, 但是其效應(yīng)物質(zhì)基礎(chǔ)和作用機(jī)制一直沒(méi)有得到

明確的解釋. 本文以從心可舒中直接鑒定出的 51 個(gè)化學(xué)成分和過(guò)氧化物酶體增生物激活受體γ (PPAR-γ), 血 管緊張素 I 轉(zhuǎn)化酶(ACE), 羥甲基戊二酰輔酶 A 還原酶(HMGR), 環(huán)氧合酶 2 (COX-2)以及凝血酶(thrombin)等 5 個(gè)冠心病相關(guān)靶點(diǎn)為研究對(duì)象, 采用 LibDock 和 AutoDock 2 種分子對(duì)接程序聯(lián)合對(duì)接的方法對(duì)以上化學(xué)成分 和靶點(diǎn)的相互作用進(jìn)行探討. 首先用均方根偏差(RMSD)和富集因子(EF)考察了 2 種程序?qū)τ?5 個(gè)靶點(diǎn)受體配 體結(jié)合體系的適用性, 進(jìn)而發(fā)現(xiàn)當(dāng) 2 種程序聯(lián)合使用時(shí), 各靶點(diǎn)的富集因子較程序單獨(dú)使用時(shí)有明顯的提高, 因而最終使用 LibDock 和 AutoDock 聯(lián)合進(jìn)行篩選. 計(jì)算結(jié)果表明心可舒中的葛根苷 A、 葛根苷 B、 丹酚酸 A 和 丹酚酸 C 4 個(gè)化合物可能作用于 2 個(gè)或者 2 個(gè)以上的靶點(diǎn), 另外還有 8 個(gè)化合物能夠分別作用于 5 個(gè)靶點(diǎn)的其 中 1 個(gè)靶點(diǎn). 本研究初步闡釋了心可舒多靶點(diǎn)作用的分子機(jī)制, 為心可舒的后期開發(fā)提供了一定的參考. 關(guān)鍵詞: 分子對(duì)接; 心可舒; 中藥復(fù)方; 冠心病; 多靶點(diǎn)作用; 富集因子 O641

中圖分類號(hào):

Molecular Docking in Xin-Ke-Shu Preparation?s Multi-Target Effect on Coronary Heart Disease
HU Yan-Bao1
1

PENG Jing-Bo1

GU Shuo2

PEI Jian-Feng2,*

ZOU Zhong-Mei1,*

( Institute of Medicinal Plant Development, Chinese Academy of Medical Sciences & Peking Union Medical College, Beijing 100193, P. R. China; 2Center for Theoretical Biology, Peking University, Beijing 100871, P. R. China) Abstract: Xin-Ke-Shu (XKS), a traditional Chinese medicine (TCM) preparation, has been widely used for treatment of coronary heart disease (CHD) in China. However, the active constituents of XKS and their interactions with targets remain unclear. In this study, we assessed two docking programs, LibDock and AutoDock, by calculating the root-mean-square deviation (RMSD) of X-ray structure reproduction and the enrichment factor (EF) in virtual screening; both proved to be practical in our protein-ligand complex systems. Moreover, the combined use of the two programs yielded better EFs for each target. We therefore used a combination of the two programs to investigate the interactions of the 51 chemical constituents identified from XKS with five CHD targets, namely peroxisome proliferator activated receptor γ (PPAR-γ), angiotensin-converting enzyme (ACE), hydroxymethylglutaryl coenzyme A receptor (HMGR), cyclooxygenase-2 (COX2), and thrombin. The docking results suggest that pueroside A, pueroside B, salvianolic acid A, and salvianolic acid C can interact with two or more targets, and the other eight compounds may be potent for at least one of the five targets. In this research, we propose a strategy for studying TCM preparations, and suggest that XKS has a multi-target effect on CHD.

Received: November 22, 2011; Revised: February 7, 2012; Published on Web: February 21, 2012. ? Corresponding authors. ZOU Zhong-Mei, Email: zmzou@implad.ac.cn; Tel: +86-10-57833290. PEI Jian-Feng, Email: jfpei@pku.edu.cn; Tel: +86-10-62759599. The project was supported by the National Natural Science Foundation of China (81073021) and“Innovative Drug Development”Key Project of the Ministry of Science and Technology of China (2009ZX09501-002, 2012ZX09301002-001). 國(guó)家自然科學(xué)基金(81073021)和 “重大新藥創(chuàng)制” 科技重大專項(xiàng)(2009ZX09501-002, 2012ZX09301002-001)資助項(xiàng)目 ? Editorial office of Acta Physico-Chimica Sinica

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Key Words: Docking;

Acta Phys. ?Chim. Sin. 2012 Xin-Ke-Shu; Traditional Chinese medicine; Coronary heart disease;

Vol.28

Multi-target effect; Enrichment factor

1

引

言

一種類格點(diǎn)(gridlike)算法 25 產(chǎn)生一系列的極性和非 極性熱點(diǎn)(hot spot), 最后將構(gòu)象和熱點(diǎn)進(jìn)行能量和 幾何匹配而得到對(duì)接結(jié)果. AutoDock 則是先產(chǎn)生受 體結(jié)合部位的格點(diǎn), 然后利用拉馬克遺傳算法 26 同時(shí) 進(jìn)行配體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和配體與受體的對(duì)接以尋找最 佳的結(jié)合模式, 最后用半經(jīng)驗(yàn)自由能函數(shù)來(lái)評(píng)價(jià), 由 于優(yōu)化方法較為復(fù)雜, 其計(jì)算時(shí)間也相對(duì)較長(zhǎng). 在以往的研究中, 關(guān)于中藥復(fù)方成分的收集均 是復(fù)方中單味藥材化學(xué)成分的累加, 并未考慮藥材 經(jīng)過(guò)炮制煎煮之后所可能發(fā)生的化學(xué)成分的變化. 本研究以我們之前從心可舒復(fù)方中直接鑒定出的 化學(xué)成分為對(duì)象, 采用 LibDock 和 AutoDock 聯(lián)合分 子對(duì)接的方法對(duì)心可舒中化學(xué)成分與冠心病相關(guān) 靶點(diǎn)之間的作用進(jìn)行分析, 以期明確心可舒的活性 分子群并闡釋其治療冠心病的分子機(jī)制.

冠心病(CHD)是一種由動(dòng)脈粥樣硬化等多種因 素共同引起的常見心臟血管疾病, 在發(fā)達(dá)國(guó)家其患 病死亡率位于前列.1 近年來(lái), 隨著高血壓、 糖尿病等 疾病的流行以及人口老齡化問(wèn)題的日趨嚴(yán)重, 國(guó)內(nèi) 冠心病發(fā)病率和死亡率在逐年升高.2 目前, 用于治 療冠心病的藥物主要為西藥, 如硝酸甘油、 阿司匹 林等, 但這些藥物成分單一, 長(zhǎng)期服用可能會(huì)產(chǎn)生 較大的副作用. 相對(duì)于西藥, 中藥具有多組分、 多靶 點(diǎn)、 多途徑和整體調(diào)節(jié)的特點(diǎn), 并且其不良反應(yīng)明 顯低于化學(xué)藥物, 對(duì)于需要長(zhǎng)期藥物治療的冠心 病, 中藥有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì). 心可舒是臨床治療冠心病有效的中藥復(fù)方之 一, 收載于 《衛(wèi)生部藥品標(biāo)準(zhǔn)》 成方制劑第十六冊(cè), 由丹參等 5 味中藥組成. 該復(fù)方具有活血化瘀, 行氣 止痛的功效, 可用于氣滯血瘀型冠心病引起的胸 悶、 心絞痛、 高血壓、 頭暈、 心律失常及高血脂等癥, 3-5 臨床使用效果顯著. 相關(guān)藥理研究也證實(shí), 心可舒 可改善食餌性動(dòng)脈粥樣硬化家兔的血液流變學(xué),6 對(duì) 家兔的心肌頓抑和心肌缺血再灌注損傷具有保護(hù) 作用.7,8 但是, 心可舒效應(yīng)物質(zhì)基礎(chǔ)和分子機(jī)制一直 未能得到闡釋. 鑒于此, 本文以復(fù)方心可舒為研究 對(duì)象, 采用分子對(duì)接(docking)的方法, 對(duì)心可舒的化 學(xué)成分和冠心病相關(guān)靶點(diǎn)的相互作用進(jìn)行分析. 分 子對(duì)接在中藥復(fù)方領(lǐng)域的研究已有相關(guān)報(bào)道, 杜建 及其合作者 9,10 利用分子對(duì)接探討了扶正抑瘤復(fù)方 制劑對(duì)環(huán)氧合酶的作用及其抑瘤機(jī)制, 馬世堂等 11 綜合了分子對(duì)接、 同源模建和藥效團(tuán)等方法對(duì)復(fù) 方血必凈的抗炎機(jī)制進(jìn)行了研究, 徐筱杰與其同 事 12-14 也將分子對(duì)接、 主成分分析以及靶點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)分析 結(jié)合起來(lái)探索復(fù)方作用機(jī)制. 另外, TarFisDock 等反 向?qū)臃椒?15 在中藥成分尋找潛在靶標(biāo)方向的成功 應(yīng)用 16 也為中藥復(fù)方的計(jì)算研究提供了有力的工具. 考慮到單一對(duì)接程序并不一定適用于所有的 蛋白質(zhì)配體受體的結(jié)合體系,17 我們嘗試了一種新 的思路——使用兩種分子對(duì)接程序聯(lián)合進(jìn)行篩選, LibDock18 和 AutoDock19 兩種已成功應(yīng)用于中藥成 分活性研究工作的程序 20-23 被我們采用. LibDock 是 一種快速的對(duì)接程序, 它采用 Poling 算法 24 對(duì)配體 分子進(jìn)行構(gòu)象搜索, 然后分析受體的結(jié)合位點(diǎn)并用

2

計(jì)算方法
所有計(jì)算工作均在 Dell T5500 計(jì)算機(jī)工作站上

完成, 采用的計(jì)算程序是 Accelrys 公司的 Discovery Studio 軟 件 包 27 和 Scripps 研 究 所 的 AutoDock 軟 件.28 計(jì)算過(guò)程除非特殊指明, 所選用的參數(shù)均為默 認(rèn)值. 2.1 心可舒化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)的建立和配體的準(zhǔn)備 本課題組 29 前期工作中已將復(fù)方心可舒的化學(xué) 成分鑒定完畢, 共鑒定出 51 個(gè)化合物(圖 1). 將所有 化合物采用 ChemDraw30 進(jìn)行編繪并存為 cdx 文件, 然后將化合物導(dǎo)入到 Chem3D31 中轉(zhuǎn)換為三維格式, 最后, 利用 Chem3D 中的 MM2 力場(chǎng) 32 對(duì)所有小分子 進(jìn)行能量?jī)?yōu)化, 優(yōu)化完成后存為 mol2 格式文件. 2.2 冠心病相關(guān)靶點(diǎn)受體的準(zhǔn)備 通過(guò)檢索文獻(xiàn)收集了 5 個(gè)冠心病相關(guān)靶點(diǎn), 分 別為與糖類、 脂類代謝相關(guān)的過(guò)氧化物酶體增生物 激活受體γ (PPAR-γ), 與血管收縮功能相關(guān)的血管 緊張素 I 轉(zhuǎn)化酶(ACE), 與脂類代謝相關(guān)的羥甲基戊 二酰輔酶 A 還原酶(HMGR), 與炎癥反應(yīng)相關(guān)的環(huán) 氧合酶 2 (COX-2)以及和凝血作用相關(guān)的凝血酶 (thrombin), 以上靶點(diǎn)分別針對(duì)于冠心病形成的不同 因素, 有利于考察心可舒對(duì)于冠心病的整體調(diào)節(jié)作 用. 根據(jù)蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)(PDB)33 的檢索, 選擇了 PDB 代號(hào)分別為 2HFP、 1UZE、 1HW8、 1CX2 和 1YPJ 的 5

No.5

胡衍保等: 復(fù)方心可舒治療冠心病多靶點(diǎn)作用的分子對(duì)接

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圖 1 從心可舒中鑒定出的 51 個(gè)化合物的結(jié)構(gòu)式 Fig.1 Structures of 51 compounds identified from Xin-Ke-Shu preparation
Glc: glucose, Gal: galactose, Xyl: xylose, Api: apiose, Rha: rhamnose

個(gè)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)文件, 這些結(jié)構(gòu)在近兩年都有過(guò)修訂 且 除 1CX2 外 其 余 4 個(gè) 的 分 辨 率 均 小 于 0.21 nm (1CX2 的分辨率為 0.3 nm, 但由于該結(jié)構(gòu)在分子對(duì) 接計(jì)算中被廣泛使用,34-37 故選擇它作為本實(shí)驗(yàn)的篩

選對(duì)象). 將它們下載后刪去其中的配體分子和非結(jié) 合位點(diǎn)的水分子, 利用 Discovery Studio 軟件包中的 Clean Protein 工具對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整: 補(bǔ)全不 完整的殘基; 刪除多余的蛋白質(zhì)構(gòu)象; 在生理 pH

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Acta Phys. ?Chim. Sin. 2012

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(7.0)的條件下加氫以保證精氨酸和賴氨酸側(cè)鏈的質(zhì) 子化及谷氨酸和天冬氨酸的非質(zhì)子化. 最后對(duì)氫原 子的位置進(jìn)行簡(jiǎn)單的能量?jī)?yōu)化并存為 pdb 格式文件. 考慮到結(jié)合位點(diǎn)處的結(jié)晶水分子可能影響或 者參與配體分子與蛋白質(zhì)的結(jié)合, 將蛋白質(zhì)分為含 水與不含水兩種情況分別進(jìn)行了分子對(duì)接計(jì)算, 發(fā) 現(xiàn)兩種情況的對(duì)接結(jié)果沒(méi)有顯著差異, 反而還增加 了 LibDock 程序的計(jì)算時(shí)間, 因此, 我們?cè)谧罱K進(jìn)行 對(duì)接計(jì)算時(shí)刪去了蛋白質(zhì)結(jié)合位點(diǎn)處的水分子. 2.3 分子對(duì)接的參數(shù)確定 將 5 個(gè)蛋白質(zhì)中的配體分子取出后, 分別進(jìn)行 能量?jī)?yōu)化, 然后利用 LibDock 和 AutoDock 分別將配 體分子對(duì)接回對(duì)應(yīng)蛋白質(zhì)的結(jié)合位點(diǎn)中, 根據(jù)對(duì)接 后的配體分子與原配體分子的均方根偏差(RMSD) 的大小判斷參數(shù)設(shè)置的合理性以及程序?qū)τ谠摰?白受體配體復(fù)合物的適用性, 一般認(rèn)為當(dāng) RMSD≤ 0.2 nm 時(shí)對(duì)接較好地重復(fù)出了配體受體原來(lái)的結(jié)合 模式,38 也表明對(duì)接參數(shù)設(shè)置的合理性. 經(jīng)過(guò)多次的 分子對(duì)接計(jì)算并以 RMSD≤0.2 nm 結(jié)果出現(xiàn)的次數(shù) 為依據(jù)確定了兩種對(duì)接軟件分別應(yīng)用于 5 種蛋白靶 點(diǎn)時(shí)的參數(shù), 并得到了相應(yīng)的打分?jǐn)?shù)據(jù)(表 1 和表 2), 這些打分?jǐn)?shù)據(jù)可作為心可舒中化學(xué)成分與靶點(diǎn) 蛋白結(jié)合活性高低的參考. 2.4 分子對(duì)接方法富集因子的考察 富集因子(EF)是檢驗(yàn)一個(gè)分子對(duì)接流程是否 成功的重要標(biāo)準(zhǔn)之一,39 它主要考察分子對(duì)接程序

從一個(gè)包含活性分子和誘餌分子的分子數(shù)據(jù)庫(kù)中 篩選出活性分子的能力, 因此, 本實(shí)驗(yàn)中也采取了 這一方式來(lái)驗(yàn)證以上分子對(duì)接方法是否合理有效. 用于富集因子計(jì)算的分子數(shù)據(jù)全部來(lái)源于 DUD 數(shù) 據(jù)庫(kù),40 其中每 1 個(gè)活性分子都對(duì)應(yīng)有約 36 個(gè)在結(jié) 構(gòu)上與其相似的誘餌分子. 計(jì)算公式為 A /N EF = sub sub A total /N total 式中, Ntotal 為分子總數(shù), Atotal 為 Ntotal 中活性分子個(gè)數(shù), Nsub 為計(jì)算結(jié)果排名前 n%的分子個(gè)數(shù)(此處設(shè)置為 20%和 5%), Asub 為 Nsub 中活性分子個(gè)數(shù). 富集因子的計(jì)算結(jié)果(表 3)顯示, 除了 PPAR-γ 使用 AutoDock 計(jì)算時(shí)結(jié)果不理想以外, 其余的結(jié)果 均顯示在取計(jì)算結(jié)果排名前 20%和 5%的情況下, 分 子對(duì)接找到活性分子的能力是隨機(jī)選取時(shí)的 1.53-3.15 倍和 2.86-8.00 倍, 因此, 兩種方法整體上 適用于本實(shí)驗(yàn). 另外, 我們還對(duì)兩種分子對(duì)接方法聯(lián)合應(yīng)用后 對(duì)于富集因子的影響情況進(jìn)行了分析. 首先, 對(duì)兩 種算法的最終結(jié)果取交集, 交集里含有的分子數(shù)目 由 Nsub 表示, 然后, 確定交集中活性分子的數(shù)目, 由 Asub 表 示, 最 后, 計(jì) 算 EF 值. 除 了 PPAR-γ 由 于 AutoDock 的計(jì)算結(jié)果不佳沒(méi)有進(jìn)行綜合分析之外, 其他 4 個(gè)靶點(diǎn)的 EF 值均有一定程度的提高(表 4). 對(duì)于 AutoDock 計(jì)算 PPAR-γ富集因子的失敗, 我們做了進(jìn)一步的分析. 在 Huang 等 39 的工作中, 利

Table 1
Target name PPAR-γ ACE HMGR COX-2 thrombin
a

表 1 LibDock 中 5 個(gè)靶點(diǎn)的優(yōu)化參數(shù)及相應(yīng)的計(jì)算結(jié)果 Optimized parameters and corresponding calculated results of the five targets by LibDock
PDB code 2HFP 1UZE 1HW8 1CX2 1YPJ Radius/nma 1.0 1.2 0.9 1.3 1.3 Hotspotb 250 250 250 250 250 RMSDmin/nmc 0.093 0.108 0.151 0.086 0.045 Well-dockedd 22 5f 9 30 28 LibDockScoree 155.20 130.47 117.77 136.50 158.29

radius of binding site, b a key parameter in LibDock, c the minimum RMSD (root mean square deviation) in LibDockScore top 30, d poses with RMSD≤0.2 nm in LibDockScore top 30, e the mean LibDockScore of well-docked poses, f the 5 poses are in LibDockScore top 11.

表 2 AutoDock 中 5 個(gè)靶點(diǎn)的優(yōu)化參數(shù)及相應(yīng)的計(jì)算結(jié)果 Table 2 Optimized parameters and corresponding calculated results of the five targets by AutoDock
Target name PPAR-γ ACE HMGR COX-2 thrombin
a

(X×Y×Z)/nm3 a 5.5×5.5×5.5 4.5×4.5×4.5 5.5×5.5×5.5 5.5×5.5×5.5 5.5×5.5×5.5

Ga_runb 30 30 30 30 30

RMSDmin/nmc 0.117 0.108 0.130 0.095 0.033

Well-dockedd 14 8 16 30 30

Binding energy/(kJ mol-1) e · -48.64 -28.30 -24.24 -42.70 -47.30

size of grid box of binding site, b the requested number of dockings; c the minimum RMSD in 30 runs; d poses with RMSD≤0.2 nm in 30 runs, e the mean binding energy of well-docked poses

No.5
表3

胡衍保等: 復(fù)方心可舒治療冠心病多靶點(diǎn)作用的分子對(duì)接 兩種方法獨(dú)立運(yùn)算時(shí)富集因子(EF)的計(jì)算結(jié)果 Table 3 Enrichment factor (EF) results of each docking software
EF Ntotal 2987 1776 1276 12812 Atotal 81 49 35 348 LibDock 20% 5% 5.68 6.12 6.29 4.37 3.02 2.04 3.00 2.66 AutoDock 20% 0.67 1.53 2.71 3.14 a 5% 0.49 2.86 3.43 8.00a

1261

表 4 兩種方法綜合分析時(shí)富集因子的計(jì)算結(jié)果 Table 4 Comprehensive analysis results of the two docking softwares? EF
Target name ACE HMGR COX-2 thrombin Ntotal 1776 1276 1282 2357 Atotal 49 35 35 65 Nsub 145 66 75 160 Asub 15 14 13 27 EF(20%) 3.75 7.73 6.35 6.12

Target name PPAR-γ ACE HMGR COX-2
a

thrombin 2357 65 3.15 6.46 3.15 6.46 In order to improve the computing efficiency, we chose 35 ligands as Atotal and 1247 decoys by calculating molecular similarity (Ntotal=1282).

用 Dock 程 序 對(duì) 同 樣 的 數(shù) 據(jù) 計(jì) 算 的 EF(20% ) 和 EF(1%)均為 0, 他們將原因歸結(jié)為配體分子的局部 構(gòu)象的優(yōu)化問(wèn)題, 在分析了配體分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)后 我們發(fā)現(xiàn), PPAR-γ活性分子的可旋轉(zhuǎn)鍵均值達(dá)到 11.95, 誘餌分子的可旋轉(zhuǎn)鍵均值僅為 9.67, 而可旋 轉(zhuǎn)鍵的數(shù)值超過(guò) 10 可能會(huì)增加 AutoDock 構(gòu)象搜索 找到最優(yōu)解的難度進(jìn)而影響對(duì)接結(jié)果,19 此外, 我們 也 試 圖 通 過(guò) 提 高 AutoDock 的 計(jì) 算 次 數(shù) 來(lái) 改 善 PPAR-γ的富集因子, 但效果并不明顯, 因此為了保 證計(jì)算效率, 后續(xù)實(shí)驗(yàn)中 PPAR-γ的篩選我們將只采 用 LibDock 計(jì)算, 并且只取結(jié)果中排名前 10%的分 子(該區(qū)間內(nèi) EF 值為 4.69). 2.5 心可舒化學(xué)成分與 5 個(gè)靶點(diǎn)的分子對(duì)接 LibDock: 在使用 LibDock 進(jìn)行對(duì)接前, 首先將 51 個(gè)化合物的 mol2 格式文件編寫到一起, 使 1 個(gè) mol2 格式文件中包含全部化合物, 然后利用 Generate Conformations 模塊進(jìn)行構(gòu)象搜索, Conformation Method 參數(shù)設(shè)置為 “BEST” 其余參數(shù)為默認(rèn), 51 個(gè) , 化合物共產(chǎn)生 4738 個(gè)構(gòu)象, 將所有構(gòu)象存為單個(gè) sd 格式文件, 然后根據(jù)表 1 中的相關(guān)參數(shù)(LibDock 中 Conformation Method 設(shè)置為 “NONE” )使用 sd 格式 文件與 5 個(gè)靶點(diǎn)分別進(jìn)行對(duì)接. 計(jì)算完成后, 按 LibDockScore 值由大到小排列, 保留排名前 20%的分 子(即前 10 名), 再以表 1 中 LibDockScore 值為標(biāo)準(zhǔn), 刪去小于該值的分子, 最后得到的化合物作為能與

該靶點(diǎn)作用的潛在有效化合物(表 5). AutoDock: 將 51 個(gè)小分子 mol2 格式文件分別 與 5 個(gè)靶點(diǎn)進(jìn)行對(duì)接, 參數(shù)設(shè)置同表 2, 其余參數(shù)默 認(rèn). 可能由于結(jié)合能的計(jì)算方法以及各蛋白質(zhì)原配 體之間的活性差距較大等原因, 表 2 中結(jié)合能數(shù)據(jù) 并不適于作為心可舒化合物活性的參考標(biāo)準(zhǔn), 因 此, 將結(jié)合能的參考值統(tǒng)一定為-32.49 kJ·mol-1,41 再采用與 LibDock 中相同的篩選方法確定各靶點(diǎn)的 潛在有效化合物(表 5).

3
3.1

結(jié)果與討論

心可舒化學(xué)成分與靶點(diǎn)間的作用分析 根據(jù)之前得到的潛在有效化合物, 取兩種算法 中重復(fù)出現(xiàn)的化合物為最終的活性化合物并分析 它們的作用情況(表 6). 在鑒定到的 51 個(gè)化合物中, 共有 12 個(gè)化合物分別與我們選擇的靶點(diǎn)發(fā)生了相 互作用, 其中葛根苷 A、 葛根苷 B、 丹酚酸 A 和丹酚 酸 C 4 個(gè)化合物作用于 2 個(gè)或者 2 個(gè)以上的靶點(diǎn). 由 此可知, 復(fù)方心可舒能很好地發(fā)揮中藥多靶點(diǎn)、 多 途徑的優(yōu)勢(shì), 它可能通過(guò)調(diào)節(jié)糖類、 脂類的代謝, 抑 制炎癥反應(yīng), 阻止凝血以及抑制血管緊縮等方面達(dá) 到治療冠心病的目的. 我們還以丹酚酸 A 為例分析 了其與凝血酶之間的作用, 發(fā)現(xiàn) 2 種程序得到的作 用模式基本一致(圖 2), 且與丹酚酸 A 形成氫鍵的 189 位天冬氨酸和 195 位絲氨酸均為凝血酶活性位 點(diǎn)的關(guān)鍵殘基.42 通過(guò)查閱文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn), 丹酚酸 A 有明確的抑制凝 血 酶 引 起 的 血 小 板 凝 集 的 活 性,44 丹 酚 酸 B 對(duì) PPAR-γ有激活作用,45 這些結(jié)果與本實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)丹

Table 5
Target name PPAR-γ ACE HMGR COX-2 thrombin

表 5 利用兩種對(duì)接方法分別確定的潛在活性化合物 Potential active constituents identified by two docking softwares
AutoDock candidates 49, 35, 46, 6, 8, 13, 32, 33, 30, 24 49, 46, 32, 23, 6, 31, 39, 17, 21, 37 49, 24, 11, 48, 30, 51, 23 43, 40, 7, 17, 33, 34, 24, 32, 49, 48 Repetition 32, 35 49, 31, 37, 32 49, 48, 11, 23 43, 48

LibDock candidates 50, 31, 48, 47, 20 50, 37, 39, 34, 41, 43, 31, 32, 42, 35 50, 31, 34, 47, 41, 37, 42, 32, 35, 49 49, 48, 11, 20, 8, 47, 16, 9, 23, 10 38, 50, 41, 36, 42, 47, 35, 34, 43, 48

1262

Acta Phys. ?Chim. Sin. 2012 表 6 心可舒化學(xué)成分對(duì) 5 個(gè)靶點(diǎn)的作用情況 Table 6 Interactions of the Xin-Ke-Shu?s compounds with the 5 targets

Vol.28

Compound number 11 20 23 31 32 35 37 43 47 48 49 50

Compound name 3'-methoxydaidzin 4?-O-glucoside genistein-8-C-apiosyl(1-6)-glucoside 6??-O-acetyl daidzin pueroside A pueroside B ginsenoside Rg1 notoginsenoside R2 ginsenoside Rg3 lithospermic acid salvianolic acid A salvianolic acid C salvianolic acid B

Target names PPAR-γ ACE HMGR COX-2 thrombin -

+
-

+
-

+
-

+
-

+ +
-

+ +
-

+
-

+
-

+ +
-

+
-

+ +
-

+
-

+

The“+”means that the compound has effect on the target and the“-”means that the compound has no effect on the target.

圖 2 利用 LibDock 和 AutoDock 得到的丹酚酸 A 與凝血酶的作用模式 Fig.2 Binding mode predictions of salvianolic acid A to thrombin by LibDock and AutoDock
Salvianolic acid A and residues of thrombin are shown in stick form. Green: carbon, red: oxygen, blue: nitrogen, white: hydrogen, red dashed line: hydrogen bond. The figure was prepared with PyMol.43

酚酸 A 對(duì)凝血酶的作用以及丹酚酸 B 對(duì) PPAR-γ的 作用相互佐證, 表明本研究方法具有一定程度的可 靠性, 而我們預(yù)測(cè)的其他化合物與靶點(diǎn)的作用則需 要進(jìn)一步的體外或體內(nèi)實(shí)驗(yàn)證實(shí), 其中 11、 23、 20、 31 和 32 等 5 個(gè)化合物還未有任何活性篩選報(bào)道, 目 前, 針對(duì)這 5 個(gè)化合物的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證正在進(jìn)行. 3.2 討 論 分子對(duì)接方法的理論和技術(shù)日趨完善,46 但各 種方法本身也存在著優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn). 因此, 本實(shí)驗(yàn)選 取基于不同原理的兩種分子對(duì)接方法進(jìn)行聯(lián)合虛 擬篩選研究, 希望兩種方法通過(guò)互補(bǔ)和相互佐證能 夠進(jìn)一步提高虛擬篩選的準(zhǔn)確度與導(dǎo)向性. 但是, 準(zhǔn)確度和導(dǎo)向性提高的同時(shí)也增加了漏篩的可能 (復(fù)方中仍有 39 個(gè)化合物未能找到作用的靶點(diǎn)). 所 以, 如何依據(jù)算法特點(diǎn)選擇合適的分子對(duì)接程序進(jìn) 行聯(lián)合篩選還需要進(jìn)一步研究.

中藥復(fù)方是一個(gè)有機(jī)的整體, 僅僅以各單味中 藥化學(xué)成分的累加作為復(fù)方的成分并不能完全反 映復(fù)方的真實(shí)組成, 因此, 除了建立各種中藥的成 分?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)以外, 以復(fù)方成分為核心的化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù) 庫(kù)也亟待建立. 復(fù)方成分鑒定的方法也需要不斷完 善, 本課題前期實(shí)驗(yàn)中采用液質(zhì)聯(lián)用的方法只鑒定 出 51 個(gè)化合物, 而復(fù)方所包含的化合物數(shù)目應(yīng)該遠(yuǎn) 多于這個(gè)數(shù)目. 此外, 由于部分中藥化學(xué)成分本身并不直接作 用于人體內(nèi)各種靶點(diǎn), 而是以前藥的形式進(jìn)入體內(nèi) 后通過(guò)其代謝產(chǎn)物來(lái)發(fā)揮相應(yīng)的作用, 如何將這些 因素合理的加入到對(duì)復(fù)方的計(jì)算模擬研究中也是 一個(gè)重要的課題.

4

結(jié)

論

建立了聯(lián)合利用 2 種不同分子對(duì)接程序來(lái)研

No.5

胡衍保等: 復(fù)方心可舒治療冠心病多靶點(diǎn)作用的分子對(duì)接
(15)

1263

究中藥復(fù)方多靶點(diǎn)物質(zhì)基礎(chǔ)的方法并且將該方法 應(yīng)用于復(fù)方心可舒的研究. 結(jié)果發(fā)現(xiàn), 心可舒的多 種化學(xué)成分能夠同時(shí)作用于和冠心病相關(guān)的糖類 代謝、 脂類代謝、 炎癥反應(yīng)、 凝血作用及血管收縮作 用的 5 個(gè)靶點(diǎn). 該結(jié)果初步闡釋了心可舒防治冠心 病的多靶點(diǎn)作用機(jī)制, 為復(fù)方心可舒的實(shí)驗(yàn)研究提 供了一個(gè)方向, 也對(duì)該復(fù)方的后續(xù)開發(fā)有一定指導(dǎo) 作用.
References
(1) (2) (3) Mozaffarian, D.; Micha, R.; Wallace, S. PLos Med. 2010, 7 (3), e1000252. Zhang, X. H.; Lu, Z. L.; Liu, L. Heart 2008, 94, 1126. Liu, W. D.; Yuan, Q. Shaanxi Journal of Traditional Chinese Medicine 2007, 28, 1527. [劉衛(wèi)東, 袁 28, 1527.] (4) Zhang, Q.; Yu, X. H.; Sun, N. L. Chinese Journal of Practical Internal Medicine 2007, 27, 1301. [張 中國(guó)實(shí)用內(nèi)科雜志, 2007, 27, 1301.] (5) Ji, B. Z.; Zhang, J. H.; Ji, J. J. Shandong Journal of Traditional Chinese Medicine 2005, 24, 150. [紀(jì)寶佐, 張經(jīng)華, 紀(jì)軍軍. 山東中醫(yī)雜志, 2005, 24, 150.] (6) Zhao, Z. M.; Zhao, W. W. Traditional Chinese Drug Research & Clinical Pharmacology 2005, 16, 106. [趙自明, 趙瑋瑋. 中藥 新藥與臨床藥理, 2005, 16, 106.] (7) Lu, J. P.; Ouyang, J. P. Liaoning Journal of Traditional Chinese Medicine 2002, 29, 302. [盧金萍, 歐陽(yáng)靜萍. 遼寧中醫(yī)雜志, 2002, 29, 302.] (8) Lu, J. P.; Ouyang, J. P. Medical Journal of Wuhan University 2003, 24, 254. [盧金萍, 歐陽(yáng)靜萍. 武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(醫(yī)學(xué)版), 2003, 24, 254.] (9) Zeng, M. G.; Chen, L. W.; Zheng, C. S.; Du, J. Chinese Journal of New Drugs and Clinical Remedies 2007, 26, 892. [曾茂貴, 陳立武, 鄭春松, 杜 建. 中國(guó)新藥與臨床雜志, 2007, 26, 892.] (10) Zheng, C. S.; Chen, L. W.; Du, J.; Ye, H. Z. Chinese Journal of Clinical Pharmacology and Therapeutics 2007, 12, 892. 松, 陳立武, 杜 12, 892.] (11) Ma, S. T.; Liu, P. X.; Long, W.; Yu, J.; Xu, Y. Acta Phys. -Chim. Sin. 2009, 25, 2080. [馬世堂, 劉培勛, 龍 徐 (12) (13) 陽(yáng). 物理化學(xué)學(xué)報(bào), 2009, 25, 2080.] 偉, 禹 潔, [鄭春 建, 葉蕻芝. 中國(guó)臨床藥理學(xué)與治療學(xué), 2007, 前, 于曉紅, 孫寧玲. 琦. 陜西中醫(yī), 2007,

Li, H. L.; Gao, Z. T.; Kang, L.; Zhang, H. L.; Yang, K.; Yu, K. Q.; Luo, X. M.; Zhu, W. L.; Chen, K. X.; Shen, J. H.; Wang, X. C.; Jiang, H. L. Nucleic Acids Res. 2006, 34 (Suppl.2), W219.

(16)

Zhang, S. D.; Lu, W. Q.; Liu, X. F.; Diao, Y. Y.; Bai, F.; Wang, L. Y.; Shan, L.; Huang, J.; Li, H. L.; Zhang, W. D. Med. Chem. Commun. 2011, 2, 471.

(17) Warren, G. L.; Andrews, C. W.; Capelli, A.; Clarke, B.; Lalonde, J.; Lambert, M. H.; Lindvall, M.; Nevins, N.; Semus, S. F.; Senger, S.; Tedesco, G.; Wall, I. D.; Woolven, J. M.; Peishoff, C. E.; Head, M. S. J. Med. Chem. 2006, 49, 5912. (18) (19) Diller, D. J.; Merz, K. M., Jr. Proteins: Struct. Funct. Genet. 2001, 43, 113. Morris, G. M.; Huey, R.; Lindstrom, W.; Sanner, M. F.; Belew, R. K.; Goodsell, D. S.; Olson, A. J. J. Comput. Chem. 2009, 30, 2785. (20) (21) (22) Chen, R. J.; Chung, T. Y.; Li, F. Y.; Yang, W. H.; Jinn, T. R.; Tzen, J. T. Acta Pharmacol. Sin. 2010, 31, 696. Chen, R. J.; Chung, T. Y.; Li, F. Y.; Lin, N. H.; Tzen, J. T. Acta Pharmacol. Sin. 2009, 30, 61. Khan, I.; Nisar, M.; Ebad, F.; Nadeem, S.; Saeed, M.; Khan, H.; Samiullah; Khuda, F.; Karim, N.; Ahmad, Z. J. Ethnopharmacol. 2009, 121, 175. (23) (24) (25) (26) Konkimalla, V. B.; Efferth, T. Biochem. Pharmacol. 2010, 80, 39. Smellie, A.; Teig, S. L.; Towbin, P. J. Comput. Chem. 1995, 16, 171. Goodford, P. J. J. Med. Chem. 1985, 28, 849. Morris, G. M.; Goodsell, D. S.; Halliday, R. S.; Huey, R.; Hart, W. E.; Belew, R. K.; Olson, A. J. J. Comput. Chem. 1998, 19, 1639. (27) Accelrys Software Inc. Discovery Studio Modeling Environment, Release 2.5.5; Accelrys Software Inc.: San Diego, USA, 2010. (28) Morris, G. M.; Huey, R.; Lindstrom, W.; et al. AutoDock, Release 4.2.3; The Scripps Research Institute: La Jolla, USA, 2010. (29) (30) (31) Peng, J. B.; Jia, H. M.; Liu, Y. T.; Zhang, H. W.; Dong, S.; Zou, Z. M. J. Pharm. Biomed. Anal. 2011, 55, 984. CambridgeSoft Corp. ChemDraw Ultra 8.0, Version 8.0; CambridgeSoft Corp.: Cambridge, USA, 2003. CambridgeSoft Corp. Chem3D Ultra 8.0, Version 8.0; CambridgeSoft Corp.: Cambridge, USA, 2003. (32) Allinger, N. L. J. Am. Chem. Soc. 1977, 99, 8127. (33) Berman, H. M.; Westbrook, J.; Feng, Z.; Gilliland, G.; Bhat, T. N.; Weissig, H.; Shindyalov, I. N.; Bourne, P. E. Nucleic Acids Res. 2000, 28, 235. (34) (35) (36) Bekhit, A. A.; Fahmy, H. T. Y.; Rostom, S. A. F.; Bekhit, A. E. A. Eur. J. Med. Chem. 2010, 45, 6027. Ghodsi, R.; Zarghi, A.; Daraei, B.; Hedayati, M. Bioorg. Med. Chem. 2010, 18, 1029. El-Sayed, M. A. A.; Abdel-Aziz, N. I.; Abdel-Aziz, A. A. M.;

Huang, Q.; Qiao, X. B.; Xu, X. J. Bioorg. Med. Chem. Lett. 2007, 17, 1779. Gu, J. Y.; Yuan, G.; Zhu, Y. H.; Xu, X. J. Science in China Series B: Chemistry 2009, 39, 1415. [古江勇, 袁 宏, 徐筱杰. 中國(guó)科學(xué) B 輯: 化學(xué), 2009, 39, 1415.] 谷, 朱永

(14)

Zheng, C. S.; Huang, Q.; Li, X. D.; Liu, X. X.; Xu, X. J. Comput. Appl. Chem. 2009, 26, 9. [鄭春松, 黃 欽, 李旭東, 劉獻(xiàn)祥, 徐筱杰. 計(jì)算機(jī)與應(yīng)用化學(xué), 2009, 26, 9.]

1264

Acta Phys. ?Chim. Sin. 2012
El-Azab, A. S.; Asiri, Y. A.; El-Tahir, K. E. H. Bioorg. Med. Chem. 2011, 19, 3416. (42)

Vol.28

Hilpert, K.; Ackermann, J.; Banner, D. W.; Gast, A.; Gubernator, K.; Hadváry, P.; Labler, L.; Müller, K.; Schmid, G.; Tschopp, T. B.; van de Waterbeemd, H. J. Med. Chem. 1994, 37, 3889.

(37) Wu, D. H.; Xu, X. J. Acta Phys. -Chim. Sin. 2009, 25, 446. [吳釘紅, 徐筱杰. 物理化學(xué)學(xué)報(bào), 2009, 25, 446.] (38) (39) (40) (41) Gohlke, H.; Hendlich, M.; Klebe, G. J. Mol. Biol. 2000, 295, 231. Huang, N.; Shoichet, B. K.; Irwin, J. J. J. Med. Chem. 2006, 49, 6789. DUD-A Directory of Useful Decoys. ; accessed May 24, 2011. Gai, W.; Zhang, Y. L.; Ai, L.; Qiao, Y. J. Chin. J. Nat. Med. 2010, 8, 51. [蓋 偉, 張燕玲, 艾 路, 喬延江. 中國(guó)天然藥 物, 2010, 8, 51.] (46) (45) (44) (43)

Delano, W. L. The PyMOL Molecular Graphics System, Version 1.3; Schr?dinger, LLC: New York, USA, 2010. Fan, H. Y.; Fu, F. H.; Yang, M. Y.; Xu, H.; Zhang, A. H.; Liu, K. Thromb. Res. 2010, 126, e17. Sun, A. J.; Liu, H. Y.; Wang, S. J.; Shi, D. Z.; Xu, L.; Cheng, Y.; Wang, K. Q.; Chen, K. J.; Zou, Y. Z.; Ge, J. B. Br. J. Pharmacol. 2011, 164, 2042. Duan, A. X.; Chen, J.; Liu, H. D.; Liu, X. H.; Lu, X. Q. J. Anal. Sci. 2009, 25, 473. [段愛霞, 陳 晶, 劉宏德, 劉秀輝, 盧小 泉. 分析科學(xué)學(xué)報(bào), 2009, 25, 473.]



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