基于苗藥發(fā)現(xiàn)抗AD的潛在活性小分子

潘大波 張永豪 祿夢(mèng) 龍治峰

摘要：目的：運(yùn)用分子對(duì)接技術(shù)發(fā)現(xiàn)苗藥中潛在的抗阿爾茨海默病（Alzheimer's disease， AD）活性小分子。方法：查閱文獻(xiàn)獲得抗AD的中藥庫(kù)，與苗藥庫(kù)疊合獲得抗AD的苗藥。從TCMSP下載抗AD的苗藥化學(xué)成分構(gòu)建抗AD苗藥化學(xué)成分庫(kù)。GeneCard數(shù)據(jù)庫(kù)獲得AD相關(guān)靶標(biāo)構(gòu)建AD靶標(biāo)庫(kù)，運(yùn)用Autodock vina將抗AD苗藥化學(xué)成分庫(kù)與AD靶標(biāo)庫(kù)進(jìn)行分子對(duì)接，篩選具有抗AD潛力的活性小分子。結(jié)果：從文獻(xiàn)中獲得174種抗AD中藥，其中苗藥47種，TCMSP收載31種共2107個(gè)化學(xué)成分，類藥性高的化學(xué)成分392個(gè)。GeneCard中Relevance score排名前100的AD靶標(biāo)共21個(gè)存在受體-配體復(fù)合物。分子對(duì)接顯示與AD靶標(biāo)對(duì)接打分優(yōu)于-7.5 kcal/mol的化學(xué)成分3176個(gè)，化學(xué)成分MOL002659、MOL000546、MOL013352和MOL006824與多個(gè)靶標(biāo)的親和力最強(qiáng)。結(jié)論：化學(xué)成分MOL002659、MOL000546、MOL013352和MOL006824是抗AD的潛在活性小分子。

關(guān)鍵詞：苗藥;阿爾茨海默病;分子對(duì)接

AD是一種神經(jīng)退行性疾病，全球約有AD患者5000萬(wàn)人，每年新增病例1000萬(wàn)，預(yù)計(jì)到2050年，AD患者將增加兩倍。AD患者的護(hù)理給家庭和社會(huì)帶來(lái)巨大的壓力，然而，目前沒有有效地緩解AD發(fā)病機(jī)制的藥物，僅僅是一些緩解癥狀的藥物，如乙酰膽堿酯酶抑制劑石杉?jí)A甲。開發(fā)新的治療AD的藥物迫在眉睫。

中藥在醫(yī)療保健過程中發(fā)揮著重要的作用，特別是益智類的中藥，對(duì)預(yù)防和治療AD具有重要的意義。目前，用于治療AD的藥物石杉?jí)A甲、加蘭他敏均是中藥的化學(xué)成分，因此，從中藥、民族藥中挖掘活性小分子是尋找治療AD藥物的有效方法。苗藥是苗族人民長(zhǎng)期與疾病作斗爭(zhēng)的智慧結(jié)晶，從苗藥中發(fā)現(xiàn)治療AD的潛在活性小分子是一種有效途徑。本論文通過構(gòu)建抗AD苗藥化學(xué)成分庫(kù)和AD靶標(biāo)庫(kù)，采用分子對(duì)接技術(shù)發(fā)現(xiàn)具有潛在抗AD的活性小分子，為發(fā)現(xiàn)抗AD藥物提供具有參考價(jià)值的先導(dǎo)化合物。

1方法

1.1 抗AD苗藥篩選

文獻(xiàn)調(diào)研篩選出抗AD的中藥，從《中華本草苗藥卷》中提取收載的苗藥構(gòu)建苗藥庫(kù)，將抗AD的中藥映射到苗藥庫(kù)獲得抗AD的苗藥。

1.2 抗AD苗藥化學(xué)成分庫(kù)構(gòu)建

從TCMSP數(shù)據(jù)庫(kù)[1]篩選出抗AD苗藥的化學(xué)成分，選取類藥性值（DL）≥ 0.18，口服利用度（OB）≥ 30%的化學(xué)成分構(gòu)建抗AD苗藥化學(xué)成分庫(kù)。

1.3 AD相關(guān)疾病靶標(biāo)篩選

運(yùn)用“Alzheimer's disease”在GeneCard數(shù)據(jù)庫(kù)中檢索獲得AD相關(guān)靶標(biāo)，選取Relevance score排名前100的AD靶標(biāo)，運(yùn)用 Uniprot、Protein Data Bank等數(shù)據(jù)庫(kù)獲取靶標(biāo)-配體三維結(jié)構(gòu)，根據(jù)配體位置定義受體活性位點(diǎn)，構(gòu)建AD相關(guān)疾病虛擬篩選靶標(biāo)庫(kù)。

1.4 分子對(duì)接

運(yùn)用Autodock vina軟件[2]將抗AD苗藥化學(xué)成分庫(kù)的配體逐一對(duì)接到AD相關(guān)疾病虛擬篩選靶標(biāo)庫(kù)中。

2結(jié)果

2.1 抗AD的苗藥及化學(xué)成分庫(kù)

目前報(bào)道的抗AD中藥174味[3];《中華本草苗藥卷》收載的苗藥391味。將抗AD中藥疊合到391味苗藥中，得到47味抗AD的苗藥。運(yùn)用TCMSP查詢，獲得31味苗藥的化學(xué)成分（表1）;共2107個(gè)化學(xué)成分，其中滿足DL≥ 0.18、OB≥ 30%的化學(xué)成分392個(gè)，即將這392個(gè)化學(xué)成分作為抗AD苗藥的化學(xué)成分庫(kù)。

2.2 AD疾病虛擬篩選靶標(biāo)庫(kù)

從GeneCard檢索到AD相關(guān)靶標(biāo)10698個(gè)。Relevance score排名前100的靶標(biāo)，目前，報(bào)道配體-受體復(fù)合物的靶標(biāo)21個(gè)（表2），如PSEN1、APOE和NOS3等。

2.3 分子對(duì)接分析

分子對(duì)接顯示，AD苗藥化學(xué)成分庫(kù)與AD相關(guān)疾病虛擬篩選靶標(biāo)庫(kù)對(duì)接親和力優(yōu)于-7.5 kcal/mol的化學(xué)成分-靶標(biāo)復(fù)合物3176個(gè)，其中與TTR、PINK1、GBE1、GAA、MFN2、APOE、NOS3、SOD1、BACE1、PSEN1、TNF、PLAU、NPC1、CRP、UCHL1、PSAP、IL1B、ATP7B、PARK7、ACE和MTHFR對(duì)接打分優(yōu)于-7.5 kcal/mol的化學(xué)成分分別為22、23、143、165、147、25、360、127、261、310、204、238、325、2、61、1、120、0、3、351和288個(gè)。選取每個(gè)靶標(biāo)及打分最高的化學(xué)成分如圖1所示，TTR與MOL002659的對(duì)接打分為-8.5 kcal/mol，PINK1與MOL001458的對(duì)接打分為-9.0 kcal/mol。為了進(jìn)一步考察靶標(biāo)與化學(xué)成分之間的相互作用，從圖1中我們選取了打分最高的6組進(jìn)行分析（圖2）。

從圖2A可以看出，MOL00546很好地嵌入NPC1的活性口袋中，MOL00546與Asn41形成氫鍵、與Phe108形成π-π堆積相互作用。在ACE體系中，MOL002659與Thr144、Asp140、Cys348、Gln355和Arg350形成5個(gè)氫鍵（圖2B）。MOL010425與Gln247形成氫鍵，與Trp447形成π-π堆積相互作用（圖2C）。NOS3的Thr329與MOL010425形成1個(gè)氫鍵，與Tyr71形成π-π堆積相互作用（圖2D）。MOL002659嵌入PSEN1的活性口袋中，MOL002659疏水部分與Leu286、Ile287和Leu268等疏水基團(tuán)形成疏水相互作用（圖2E）。MOL005869與TNF有非常好的幾何匹配，MOL005869的疏水末端插入TNF的疏水空腔中，與Tyr形成π-π堆積相互作用（圖2F）。

3結(jié)論

AD的發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，存在多種學(xué)說(shuō)，如膽堿能學(xué)說(shuō)、炎癥反應(yīng)、Tau蛋白學(xué)說(shuō)等。31味抗AD苗藥中含有392個(gè)類藥性高的化學(xué)成分，化學(xué)成分MOL002659與TTR、PSEN1、ACE的結(jié)合親和力最高，MOL000546與NPC1和GBE1;MOL013352與UCHL1和IL1B;MOL006824與PSAP和ATP7B的作用最強(qiáng)。因此，MOL002659、MOL000546、MOL013352和MOL006824是潛在的抗AD小分子。

參考文獻(xiàn)

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[3]劉禹.中藥治療阿爾茨海默病的文獻(xiàn)研究[D].通遼：內(nèi)蒙古民族大學(xué)，2020.