作用于β2-AR高频降压中药成分的虚拟筛选研究△

王新明，常汉杰，姜佳材，刘园园，相月明，何永，王瑞祥

(山东中医药大学 信息管理学院，山东 济南 250355)

·基础研究·

作用于β2-AR高频降压中药成分的虚拟筛选研究△

王新明，常汉杰，姜佳材，刘园园，相月明，何永*，王瑞祥*

(山东中医药大学 信息管理学院，山东 济南 250355)

目的：发现治疗高血压的高频应用中药中作用于β2肾上腺素能受体的潜在有效化学成分，对新型药物的研制提供参考。方法：网络检索治疗高血压的高频应用中药的化学成分，并采用基于分子对接的方法筛选出有效成分，然后采用基于配体共同特征的算法合成药效团。结果：构建中药化学小分子数据库1个，包含185种化学成分；筛选出6种有效成分：6′-阿魏酰基长春花苷内酰胺、金合欢素-7-O-β-D-吡喃葡萄糖苷、芹菜素-7-O-β-D-吡喃葡萄糖苷、糖脂、16α-羟基齿孔酸、脑苷脂；药效团包含5个药效特征：2个疏水基团、2个氢键给体和1个氢键受体。结论：通过研究筛选的活性成分可能是治疗高血压的有效天然成分，并为治疗高血压和新型药物的研制提供参考。

高血压；高频应用中药；β2肾上腺素能受体；分子对接；药效团

从分子水平上筛选中药化学成分和人体相互作用的靶点，是研究和发现中药新药、探索中药效应机制的重要途径之一。分子对接技术立足于现代生命科学研究，在大数据的支持下，依据配体与受体的“锁-钥原理”，通过计算机模拟备选小分子配体与受体生物大分子相互作用的生物学过程，从而帮助人们在虚拟环境中完成潜在有效成分的筛选，可缩小研究新药对象的范围，提高研究效率，缩短研究周期，降低研究的投入。

原发性高血压(Essential Hypertension)是常见的心血管疾病，以体循环动脉血压持续性增高为主要表现的临床综合征[1]，是危害人类健康的慢性非传染病之一。治疗原发性高血压病的药物很多，但到目前为止，还没有能根治而不良反应又少的药物面世[2]，寻找疗效显著而不良反应少的抗高血压新药仍然是一个重要的课题。与化学药相比，中药的不良反应较小，而且长期治疗效果良好，对于抗高血压药物开发来说具有广阔的前景。我们通过对现代中医高血压病医案的研究发现，常用抗高血压中药经药理研究均证明具有显著的降压作用。统计学研究发现，现代中医医案中治疗高血压病使用频率超过30%的有7味中药，分别为菊花、白芍、生地黄、石决明、钩藤、牛膝、茯苓[3]。本研究以上述7味中药所含已知化学成分为研究对象，采用分子对接的方法筛选与β2肾上腺素能受体(Beta-2 adrenergic receptor，β2-AR)空间形状匹配和能量匹配的化学成分，分析其药效特征，揭示高频应用中药小分子与β2-AR之间相互作用的机制，发现治疗高血压的潜在有效天然成分，为治疗高血压的新型药物研制提供参考。

1 资料与方法

分子对接与药效团的合成是借助于Accelrys公司Discovery Studio 2.5分子模拟软件实现的。分子对接的小分子配体数据来源于7味高频应用降压中药中的已知化学成分。通过对网络文献数据库的检索，收集高频应用中药的化学成分，整理得到相关成分的分子文件(.mol)，借助ChemOffice2004系列软件之一的ChemFinder构建中药小分子数据库，作为分子对接的配体文件。

原发性高血压的发病与交感神经张力增高有着重要关系，而β2-AR是交感神经系统的重要组成部分，它主要通过改变血管紧张性、调节肾素释放、影响水盐代谢等途径调节血压，对血压的短期和长期调节均有重要的影响[4]。本研究以高血压受体β2-AR作为分子对接中药物作用的受体和靶点。β2-AR(PDB代码：2R4R)结构通过蛋白质晶体结构数据库PDB(www.rcsb.org/pdb/)获取。

分子对接采用LigandFit算法：在算法执行之前对受体大分子进行去水分子、杂原子以及加氢的操作，对配体小分子进行离子化状态、异构体状态等的准备；选用默认参数运行算法，成功后，LigandFit算法对应的7种打分函数均得出相应的打分值，对7种打分函数进行一致性评价，得到综合打分值；根据评价结果，筛选出有效小分子，为药效团的合成提供有效数据。药效团的合成通过HipHop算法实现。通过不断改变活性构想的参数，筛选出结合性较好的药效团，并对药效团进行药效特征的分析。

2 结果

2.1 构建中药化学小分子数据库

通过对高频应用中药化学成分以及结构的检索，共得到185个化学小分子，并以此构建中药化学小分子数据库，作为分子对接的配体库。

2.2 有效分子的筛选

通过LigandFit算法，以β2-AR作为研究对象，从185个化学小分子中筛选出7种化合物。但7种化合物之一除虫菊素主要用作杀虫剂，对哺乳动物低毒。而在对药物进行高通量虚拟筛选时，需要考虑是否具有细胞毒性[5]，故在本研究结果中予以排除。故本次研究筛选出6种潜在有效成分(见表1)，作为药效团的合成对象。

表1 计算机虚拟筛选的6种潜在降压有效成分

表1(续)

2.3 药效团的合成结果

通过对HipHop算法运行结果的分析，得到一个结合相对较好的药效团，见图1。其中6种化合物与药效团之间的匹配值(FitValue值)见表2。

注：药效团包含2个疏水中心、2个氢键给体、1个氢键受体。图1 基于分子共同特征的药效团模型

化合物中文名称化合物英文名称FitValue金合欢素-7-O-β-D-吡喃葡萄糖苷acacetin-7-O-β-D-gluco-side5 芹菜素-7-O-β-D-吡喃葡萄糖苷apigenin-7-O-β-D-gluco-side3.700496'-阿魏酰基长春花苷内酰胺rhynchophine2.9924616α-羟基齿孔酸tumulosicacid2.12177糖脂glycolipid1.78419脑苷脂cerebroside1.46

3 分析与讨论

β2-AR与其激动剂结合后，激活腺苷酸环化酶(AC)，使cAMP合成增多，从而激活蛋白激酶A，作用于多种糖脂代谢相关的酶类、离子通道及转录因子，对心脏、血管、支气管、代谢、内分泌及中枢神经系统等发挥生理作用，表现为血管扩张、支气管平滑肌的松弛等生理效应，从而调节机体的血流动力学平衡[4]。本研究通过分子对接筛选所得6′-阿魏酰基长春花苷内酰胺、金合欢素-7-O-β-D-吡喃葡萄糖苷、芹菜素-7-O-β-D-吡喃葡萄糖苷、糖脂、16α-羟基齿孔酸、脑苷脂6种化合物，可以与β2-AR结合，其中某一种或某几种具有选择性β2-AR激动剂或阻滞剂的作用，通过PKA通路影响血管平滑肌的舒缩，从而与其他中药成分共同发挥调节血压的功效，其具体功效与作用机理还需要进一步比较研究和动物实验加以证实。

药效团是指能够为受体位点所识别、并且能够代表分子生物活性的一组结构特性，是物质基础共同属性的一种表征方式，是物质基础共同属性与药性相关关系的研究载体之一[12]。本研究所用到的HipHop算法，是基于配体共同特征的药效团合成算法。基于HipHop算法所得到的药效团模型由5个药效特征组成，其中2个疏水中心、2个氢键给体、1个氢键受体。其打分以及FitValue值是相对较好的，说明配体分子间存在良好的共同特征与能量互补关系。依据FitValue值对6种化合物排序为金合欢素-7-O-β-D-吡喃葡萄糖苷、芹菜素-7-O-β-D-吡喃葡萄糖苷、6′-阿魏酰基长春花苷内酰胺、16α-羟基齿孔酸、糖脂、脑苷脂。FitValue值越高，化合物与药效团的药效特征匹配越好，依据结果，发现金合欢素-7-O-β-D-吡喃葡萄糖苷与药效团的药效特征完全匹配。

本研究采用分子对接的方法筛选出6种与β2-AR空间形状匹配和能量匹配较好的化合物，采用药

效团模型的方法提供了6种化合物具有的共同药效特征，其结果有助于揭示高频应用中药小分子与β2-AR之间的作用机制，分析研究中药疗效产生机制，并为治疗高血压的新型药物研制提供参考。

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VirtualScreeningResearchofHighFrequencyAntihypertensiveTraditionalChineseMedicinalConstituentsWorkedonβ2-AR

WANGXinming，CHANGHanjie，JIANGJiacai，LIUYuanyuan，XIANGYueming，HEYong*，WANGRuixiang*

(ShandongUniversityofTraditionalChineseMedicineInformationManagementCollege，Jinan250355，China)

Objective：To find potential beta-2 adrenergic receptor active chemical constituents of high frequency applied traditional Chinese medicine used for the treatment of hypertension，and provide reference for the new drug development.Methods：The chemical composition of high frequency applied traditional Chinese medicine used for the treatment was selected by network retrieval，the method of molecular docking to screen active ingredients was adopted，and pharmacophore based on the algorithm of ligand common features was synthesized.Results：A traditional Chinese medicine chemistry small molecule database was built，it contains 185 kinds of chemical components.Six kinds of active ingredients includingrhynchophine，acacetin-7-O-β-D-glucoside，apigenin-7-O-β-D-glucoside，glycolipid，tumulosic acid，cerebroside were screened out.The Pharmacophore contains five pharmacodynamic characteristics that includetwo hydrophobic groups and two hydrogen bond donor and one hydrogen bond receptor.Conclusion：The active ingredient may be effective natural ingredients for the treatment of hypertension，and it provides a reference for treatment of hypertension and the development of new drugs.

Hypertension；high frequency applied Chinese traditional medicine；beta-2 adrenergic receptor；molecular docking；pharmacophore

10.13313/j.issn.1673-4890.2015.11.009

2015-07-16)

国家级大学生研究训练计划(SRT)项目(201410441088)

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何永，副教授，研究方向：中医药文献信息化，E-mail：hantv@163.com； 王瑞祥，副教授，研究方向：中医药数据挖掘，E-mail：xinxiguanliyu@163.com