作品a28.生命科學(xué)基于計算的消渴丸中藥成分作用靶標(biāo)研究

1、基于計算的消渴丸中藥成分作用靶標(biāo)的研究摘要目的：研究消渴丸中各味中藥材活性成分在治療中的可能作用靶標(biāo)。方法：將各味中藥材中已的化合物分子逐一提交到arm Mapper上進(jìn)行靶標(biāo)垂釣，將計算結(jié)果統(tǒng)計處理，得到可能作用的靶標(biāo)醛糖還原酶，并用分子對接結(jié)合文獻(xiàn)已有的活性進(jìn)行驗證。結(jié)果:消渴丸對醛糖還原酶具有一定的抑制作用。；消渴丸；作用靶標(biāo)；計算；醛糖還原酶Abstract Pure: To study the potentials of active ingredients from differentChi Chisessherbal medicine contained in Xiaoke pi

2、ll. Method: Put all compounds inherbal medicine reported onarm Mapper forfishing.yze andthe calculate and attain the activealdose redue. Then use thecombination of molecular docking and pre-existing reports as verification. Consequence:Xiaokll relatively contain aldose redue.Key words diabetes; Xiao

3、kll;s; calculation; aldose redue消渴丸是我國知識的用于治療的中成藥，是治療2 型的經(jīng)典藥物，由七味中藥及一種西藥格列本脲組成1。從中醫(yī)學(xué)角度來看，黃芪、山藥、南五味子等益氣、升氣、斂氣、顧護(hù)心脾腎陽氣；生地、天花粉、葛根等益陰、生津、降糖、斂液，顧護(hù)心脾腎之陰；合之對心肝腎虛弱導(dǎo)致機(jī)體內(nèi)環(huán)境紊亂具有雙補(bǔ)、雙益、雙調(diào)的多環(huán)節(jié)調(diào)整功能。2雖然，消渴丸中西藥成分格列本脲的降糖機(jī)制已經(jīng)明確，但目前及其并發(fā)癥作用機(jī)制的研究還不夠充分3。明確為止，有關(guān)消渴丸中藥成分防治其作用機(jī)制將有利于對消渴丸用藥指征及藥量的把握并降低其副作用.本實驗基于計算，探究消渴丸中藥成分的可能作用

4、靶標(biāo)，以探討消渴丸藥成分的降糖機(jī)制。1.材料：利用有機(jī)所的中藥與化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)庫搜集小分子并提交armMapper垂釣，利用 Discovery Studio中的Ligand Fit 模塊將受體蛋白質(zhì)與靶標(biāo)進(jìn)行計算對接通過查閱Reaxys 數(shù)據(jù)庫利用已有的實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行驗證。1.1 建立活 性小分 子庫 ：利用 有機(jī)所中藥與化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)庫 （http/scdb/macm_roduce.asp），查詢消渴丸中的七味中藥所含有的活性小分子，方法如下：通過“中藥藥材檢索”分別檢索出消渴丸中所含有的七種中藥的有效成分，進(jìn)一步通過“藥材名稱”中的 “化學(xué)成分”分別得到七種中藥的有效成分小分子，完成活性小分子

5、庫的建立。1.2 靶標(biāo)垂釣：將收集到的 285 個小分子以Mol2 格式提交到armMapper，（ HYPERLINK http:/l/ http:/l/armmapper/）該會對提交上去的化合物優(yōu)化并生成多種構(gòu)象，選擇所有靶標(biāo)庫，其余參數(shù)為默認(rèn)值。armMapper 會將化合物與數(shù)據(jù)庫中的藥效團(tuán)模型進(jìn)行匹配，根據(jù)匹配結(jié)果的高低進(jìn)行排序。通過頁面下方的Results Downloading，輸出 csv 格式文件。1.3 靶標(biāo)統(tǒng)計：將搜集到的 csv 格式文件通過 excel打開，以 diabetes（）為相關(guān)的靶標(biāo)，統(tǒng)計結(jié)果如表 1，其中醛糖還原酶進(jìn)行檢索。歸納出其中與（Aldose r

6、edue）的出現(xiàn)頻次最高 14.4%（429/2975）靶標(biāo)名稱出現(xiàn)頻次Aldose redue429310301225206198157129125115796666524440Vitamin D3 receptor Androgen receptorCorticosteroid 11-beta-dehydrogenase isozyme 1 ProthrombinGlucocorticoid receptorAla-tocoerol transfroteinGlycogen synse kinase-3 betaInsulin receptor Dipeptidyl peptidase 4

7、SEC14-like protein 2 Angiotensin-converting enzymePeroxisome proliferator-activated recept dermal growth factor receptorCaspase-1ammaPeroxisome proliferator-activated receptor deltaGlutamate carboxypeptidase 2 Bile acid receptorTGF-beta receptor type-13430282727272613555442111111111111cGMP-specific

8、3,5-cyclicosodiesteraseHeparin-binding growth factor 1 Sorbitol dehydrogenasePeroxisome proliferator-activated receptor al enylalanine-4-hydroxylaseGlucokinaseMacroage migration inhibitory factor Serum albuminFatty acid-binding protein, adipocyteaNitric oxide synse, inducibleMitogen-activated protei

9、n kinase 83-hydroxy-3-methylglutaryl-coenzyme A redu Cellular retinoic acid-binding protein 2Cytochrome P450 2C8eHeat shock protein HSP 90-alaMitogen-activated protein kinase 10Nuclear receptor ROR-alaOxysterols receptor LXR-betaosatidylinositol 3-kinase regulatory subunit al Placenta growth factorR

10、etinoic acid receptor RXR-betaaRetinoic acid receptammaSerine/threonine-proteinosatase PP1-gamma catalytic subunitThyroid hormone receptor beta1Transthyretinosatase non-receptor type 11111Tyrosine-proteinWiskott-Aldrich syndrome protein表 1 靶標(biāo)出現(xiàn)頻次統(tǒng)計表1.4 篩選最佳蛋白質(zhì)構(gòu)象：通過蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)庫（）收集小分子復(fù)合物的不同結(jié)晶，選取晶體度最高的小分子復(fù)合

11、物（PDB ID :1EL3）與蛋白質(zhì)進(jìn)行對接。1.5 文獻(xiàn)檢索：利用 Reaxys 數(shù)據(jù)庫，通過每個小分子對應(yīng)的 CAS 號對每個小分子的生物活性進(jìn)行檢索，并在檢索頁面內(nèi)以 aldose redue 為進(jìn)行查找，收集已有文獻(xiàn)過的活性小分子IC50 值4-14，具體結(jié)果如表 2CAS 號61276-17-3120-08-1621-82-9486-66-8482-35-920575-57-9305-01-1486-62-4552-66-921453-69-020069-09-467-47-0IC50（mol/L） 0.003380.04813.24.429.267.278.51001001601

12、82.3表 2文獻(xiàn)的IC50 值1.6 分子對接驗證計算：醛糖還原酶與armMapper 中得到的靶標(biāo)進(jìn)行正向分子對接驗證，分子對接采用 DS2.5。首先從蛋白庫中提取 1EL3 蛋白結(jié)構(gòu)，進(jìn)行蛋白結(jié)構(gòu)前處理，刪除蛋白中與蛋白序列無關(guān)的 Hem 結(jié)構(gòu)，給蛋白分子加上靜電性參數(shù)，方法如下：ToolsSimulate/Assign Electrosic Parameters。然后定義活性位點，操作過程如下：（1）將蛋白定義為受體：ToolsReceptor-LiganderactionsDefine and Edit Bind SiteDefine/Defilected Molecule as R

13、eceptor。（2）尋找蛋白結(jié)構(gòu)的活性腔：利用配體所在的位點來確定蛋白結(jié)構(gòu)的活性腔能夠更準(zhǔn)確，方法如下：ToolsDefine and Edit Binding SiteDefine S Sites as Volume of Selected Ligand。利用LigandFit 進(jìn)行分子對接，操作過程如下：ere from SelectionFind（1）打開 LigandFit 模塊，方法如下：ProtocolsReceptor-Ligand開 Dock Ligand(LigandFit)；eractions雙擊打（2）設(shè)置運行所需參數(shù)：分別設(shè)置Input Receptor、Input

14、Binding Site、Input Ligand 將Energy Grid 設(shè)置成 Dreiding，Maxumumes Retained 設(shè)置成 10，打分函數(shù)采用LigScore1、LigScore2、PLP1、PLP2、Jain 和PMF。（3）點擊Run 按鈕運行此程序。1.7 選取打分函數(shù)：將蛋白質(zhì)與小分子復(fù)合物結(jié)晶（1EL3 ）中的小分子提取出來，與蛋白質(zhì)進(jìn)行對接，其中打分函數(shù) LigScore1-CFF 最高的分子構(gòu)象與晶體復(fù)合物中小分子的e 最接近，所以選取 LigScore1-CFF 將第五步對接完成的小分子從大至小進(jìn)行排列，得分情況見表 3。CAS 61276-17-34

15、86-62-4482-35-9552-66-9486-66-83681-99-0474-58-820575-57-9114761-92-1485-72-3LigScore1-CFF 4.854.724.64.494.194.013.973.933.743.7CAS 305-01-121453-69-020069-09-4121-34-6474-63-5621-82-9120-08-183-46-567-47-020575-57-9LigScore1-CFF 3.43.293.193.092.932.922.852.272.073.43表 3 打分函數(shù)統(tǒng)計表1.8 綜合對比：將已有文獻(xiàn)的結(jié)果綜合

16、比較整理得到表 4的小分子 IC50 值與 DS2.5LigandFit 模塊對接之后CAS 61276-17-3486-62-4482-35-9486-66-820575-57-9305-01-120069-09-4621-82-9120-08-167-47-0LigScore1-CFF 4.854.722.852.07IC50/ mol/L 0.0033829.267.2160150.048182.3表 4 各分子打分函數(shù)與文獻(xiàn)中IC 50 值2.實驗結(jié)果：通過表 4 分析得出，打分函數(shù)得分最高即與原有晶體復(fù)合物中小分子的e最

17、為接近的小分子（CAS61276-17-3）其文獻(xiàn)的IC50 值也最低。對接計算方面，運用 DS2.5計算的最佳對接構(gòu)象（如圖 1）顯示出 , 小分子嵌入到醛糖還原酶靶標(biāo)的腔中，形成一個最佳的對接構(gòu)象，可以很好的達(dá)到抑制醛糖還原酶活性的作用，的目的。實驗方面14，Guvenc 等人通過提取點囊苔草中的地上部分最終起到治療溶解于二甲基亞砜中配置成3g/L 的溶液，將10mmol 的外消旋甘油醛，0.5mmol 的NH和 3103 個的酶溶解于 1mL 的碳酸鈉緩沖液（6.2）中，加入底物開始反應(yīng)，在反應(yīng)過程中用 340nm 的紫外分光光度計測定溶液的吸光度來反應(yīng)酶活性的變化，最后將測得的數(shù)據(jù)點通

18、過最小二乘法擬合得到擬合方程得到花糖苷對醛糖還原酶抑制的 IC50 值為 0.00338mol/L，即從實驗方面驗證了消渴丸可通過抑制醛糖還原酶的活性達(dá)到治療的作用。圖 1花糖苷（CAS 61276-17-3）與醛糖還原酶（PDB ID :1EL3）最佳對接構(gòu)象3.實驗:通過對接計算和實驗測得的 IC50 值可知，消渴丸可以通過抑制醛糖還原酶的活性來達(dá)到治療的目的，然而通過對表 4 的分析發(fā)現(xiàn)，基于計算的分子對接打的 IC50 值并不完全呈正相關(guān)關(guān)系。從對接計算的角度而言，分函數(shù)值與實際文獻(xiàn)在的計算過程中，受體和藥物分子之間的結(jié)合能評估存在一定的誤差；此外，目前的生命過程都是在溶劑條件下進(jìn)行，

19、而則是給出真空條件下對接結(jié)果，在溶劑和真空中，分子的構(gòu)象可能會存在較大的區(qū)別，也是導(dǎo)致計算結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)稍有出入的原因 15。此外，消渴丸對的治療是一個多靶標(biāo)協(xié)同的過程，本實驗僅僅驗證了出現(xiàn)頻次最高的醛糖還原酶，然而消渴丸可能存在多個靶標(biāo)同時作用的結(jié)果，使得兩組數(shù)據(jù)之間不是完全呈現(xiàn)正相關(guān)的關(guān)系。參考文獻(xiàn)1 中國藥典, 2010:1041.2 李清波. 消渴丸聯(lián)合其他中成藥治療 2 型2008(21):47-47.J. 中國社區(qū)醫(yī)師,3 張萌佳 張潔.2009(7):95-97.腎病中臨床研究進(jìn)展J. 中國實驗方劑學(xué)雜志,4Shimizu,等 .STUDIESONALDOSEREDUEINHIB

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