抗HIV中药复方的优选及其小分子数据库的构建和类药性分析

肖泽云，李爱秀,2，李 凯,3，康家雄

艾滋病，即获得性免疫缺陷综合征(acquired immune deficiency syndrome, AIDS)，是世界十大医学难题之一，严重威胁人类生命健康和社会稳定，当前防治情况仍不容乐观。其主要病原体是HIV-1，也是一直以来AIDS治疗的研究重点。AIDS病理过程复杂，涉及多个细胞信号分子，且HIV-1突变率高，导致仅作用于单一细胞信号分子的单靶点药物治疗效果差，极易产生耐药性，而多靶点药物通过多途径调节，同时作用于多种细胞信号分子，使总效应大于各单效应之和，达到最佳的治疗效果，成为当前抗HIV药物研究的主要关注点[1]。多靶点抗HIV药物可分为两大部分：西医的“高效抗反转录病毒疗法”(highly active anti-retroviral therapy, HAART)和中医的抗HIV中药复方。

AIDS患者需长期服药，与西药相比，抗HIV中药复方不易产生耐药性、毒副作用小、价格便宜、患者依从性较高等优势日益凸显，在抗HIV方面具有巨大潜力[2]。但中药复方抗HIV活性物质基础不明确，推广使用受到限制。目前，已有学者开展“中药分子复方”[3]的研究，运用计算机辅助药物设计(computer aided drug design, CADD)的方法和技术，针对中药复方某一药理活性，筛选原方中的有效化学成分，优化组方剂量，组成成分皆为明确化学分子的新复方，其中构建包含小分子化合物结构和性质等相关信息的中药复方小分子数据库是研究的前提和基础。但限于目前的技术水平，为确保实施的可能性，复方的药味一般以3～5味为宜[4]。本研究将此思路应用到抗HIV中药复方的研究中，通过查阅文献和国内专利，总结出药味组成明确的抗HIV中药复方，从中优选1个复方作为研究对象，构建复方小分子数据库，并利用Lipinski规则进行类药性分析。

1 材料与方法

1.1 中药化学成分来源 TCMSP[5]包括2010年版《中国药典》收载的499种中草药及12 144个化合物，通过输入单味中药的名称，就可以检索到该味药已收录的所有化学成分，以及每个化合物的分子量、吸收、分布、代谢、排泄和毒性等参数。

1.2 软件 MOE(molecular operating environment)[6]，加拿大化学计算集团公司(chemical computing group, CCG)开发的分子模拟与分子设计软件包，在化学和生物制药领域有广泛的应用，是世界领先的CADD综合平台。本研究所用版本为MOE2009.10，主要模块有数据库构建模块(creating and editing molecular databases)和Protonate 3D模块。

1.3 抗HIV中药复方的优选 检索中国期刊全文数据库(1915—2017年)、中国博士学位论文全文数据库(1984—2017年)、中国优秀硕士学位论文全文数据库(1984—2017年)、中国重要会议论文全文数据库(1953—2017年)、国际会议论文全文数据库(1981—2017年)、中国专利全文数据库(1985—2017年)和德国Springer Link数据库(1840—2017年)，下载所有抗HIV中药复方相关文献。对抗HIV中药复方进行总结，并整理复方的药味组成，通过分析比较复方单味药数量以及研究可行性，从中优选出1个复方作为研究对象。

1.4 复方小分子数据库的构建 分别以所选复方中的单味中药作为检索词，在TCMSP中进行检索，得到化学成分及其理化参数。删除重复的小分子化合物，利用MOE数据库构建模块，构建复方小分子数据库。在Protonate 3D模块，对所有小分子进行加氢加电荷处理，参数设置如下：温度310.15 K，pH 7.0，离子溶度 0.1 mol/L，其余参数选择默认。

1.5 基于“Lipinski规则”类药性分析 Lipinski规则类药性分析是指基于Lipinski规则对化合物数据库进行筛选，滤去不符合规则的化合物。经典的Lipinski规则被称为“Lipinski五规则”[7]，包括相对分子量小于500、脂水分配系数(ClogP)小于5、氢键给体数目(以NH和OH键数目之和计)小于5、氢键受体数目(以N和O数目之和计)小于10、化合物中可旋转键的数量不超过10个。符合规则的化合物一般具有良好的药动学性质和较高的生物利用度，更有可能成为药物分子，但经过长期实践发现此规则具有很大的局限性，“五规则”逐步被简化为四规则和三规则。为了尽量减少漏筛，本研究基于去掉氢键受体和可旋转键数量限制的“Lipinski规则”对所建复方小分子数据库进行初筛，从结构和性质角度滤去不适合成为药物分子的化合物，为后续研究突出重点，提高筛选效率。

2 结 果

2.1 抗HIV中药复方的优选 共搜集到48个抗HIV中药复方，除本实验室前期邓联柏等[8]总结的44个复方外，还包括杨氏方胶囊[9]、生命泉(FESOL)[10]、高欣908口服液[11]和银翘散[12]。进一步对复方组成进行总结，得到药味组成完全明确的抗HIV中药复方11个(表1)。其中，双黄连粉针剂仅由3味中药组成，药味数量最少，研究复方抗HIV活性成分及其分子作用机制的可行性最高，且此药已获国家批准上市，价格十分便宜，AIDS临床试验中疗效比较显著，无明显毒副作用，因此选择双黄连粉针剂作为本研究的对象[13]。

表1 药味组成明确的抗HIV中药复方

2.2 双黄连粉针剂复方小分子数据库 检索TCMSP，分别得到黄芩、连翘、金银花化学成分143个、150个和236个，3味中药共同包含的化学成分有4个，黄芩、连翘中相同的化学成分有7个，黄芩、金银花中相同的化学成分有16个，连翘、金银花中相同的化学成分有17个(表2～5)。相同的化合物只保留1个，构建双黄连粉针剂复方小分子数据库，共包含481个化合物。对所有化合物进行加氢加电荷处理，并将此数据库命名为SHLMD。

表2 黄芩、连翘和金银花中相同的化学成分

表3 黄芩和连翘中相同的化学成分

表4 黄芩和金银花中相同的化学成分

表5 连翘和金银花中相同的化学成分

2.3 “Lipinski规则”初筛结果 基于“Lipinski规则”对SHLMD进行初筛，得到323个化合物，组成的新数据库命名为Lipinski-SHLMD。这323个化合物根据结构可以分为11大类，包括萜类(121个)、黄酮类(61个)、苯丙素类(31个)、有机酸及其酯类(23个)、生物碱类(16个)、C6-C2天然醇及其苷类(13个)、其他天然醇类(9个)、苯乙醇苷类(7个)、醛类(11个)、酮类(9个)和其他类(22个)，其中萜类可细分为环烯醚萜类(45个)、倍半萜类(38个)、单萜类(37个)和三萜类(1个)，苯丙素类可细分为木脂素类(19个)和苯丙酸类(12个)，所有小分子中以萜类和黄酮类化合物居多。此外，Lipinski-SHLMD中包含文献报道具有抗HIV活性的牛蒡子苷元、黄芩苷、槲皮素类化合物和橄榄脂素[23]。

3 讨 论

抗HIV中药复方在治疗AIDS方面的优势日益凸显，但与西药成分皆为结构明确的化学分子不同，中药复方成分复杂，抗HIV活性成分及其作用靶点和作用机制尚不明确，难以形成统一规范的质量控制体系、临床治疗体系和疗效评价体系，导致缺乏国际公认度，推广使用受到限制[24]。因此，中药复方抗HIV活性成分的筛选及其分子作用机制的揭示是当前研究的难点。然而，复方中每一味中药都是1个天然的化合物分子数据库，数味中药化学成分总和数量较大，传统的高通量筛选法需要花费大量的时间、人力和物力，造成不必要的浪费[25]。利用CADD的方法和技术研究“中药分子复方”，有助于制剂开发，利于临床用药的质量监控和精准治疗，大大节省了时间和资源。但限于目前的技术水平，还需对抗HIV中药复方进行优选，以确保研究的可行性。

本研究通过查阅文献，共得到48个抗HIV中药复方，并明确了其中11个复方的中药组成，从中优选双黄连粉针剂作为研究对象。双黄连粉针剂具有清热解毒、消肿止痛、广谱抗菌、抗病毒等功效，目前已在我国批准上市，药品供应充足，价格十分便宜，一般大众都可用得起，主要用于上呼吸道感染、支气管炎、肺炎等疾病，也常见于腮腺炎、带状疱疹的治疗。此外，在治疗AIDS方面已有小范围试用，并且疗效比较显著[13]。证明了双黄连粉针剂的抗HIV活性物质基础，进一步优化复方，不仅能够弥补粉针剂病人自主使用不便、偶见过敏症状等不足之处，还将促进双黄连粉针剂在治疗AIDS方面的广泛应用，为AIDS患者的治疗带来新希望。因此，基于双黄连粉针剂开展抗HIV“中药分子复方”的研究具有重要的意义和良好的应用前景。

目前，尚没有关于双黄连粉针剂复方小分子数据库的相关报道，本研究构建的SHLMD，包含481个化合物，为双黄连粉针剂药理活性的分子研究奠定了数据库基础。但由于TCMSP每一种中药的化学成分可能收录不全，随着研究技术和仪器设备的发展，不断有新的化合物被发现，并且本论文暂未考虑双黄连粉针剂制剂过程中，可能损耗的化学成分或新生成的产物，以及体内的代谢产物等，因此构建的SHLMD仍有扩充和完善的空间。Lipinski规则类药性分析已广泛应用于药物研发领域化合物数据库的初筛，同时也是小分子药物设计的有效指导原则。但通过长期实践，发现经典的“Lipinski五规则”有很大的局限性，不是绝对的标准，逐步简化为去掉可旋转键数量限制的“四规则”和在此基础上进一步去掉氢键受体数量限制的“三规则”。为尽量避免漏筛，本研究基于简化为3条标准的“Lipinski规则”对SHLMD进行类药性分析，筛选得到323个化合物。简化后的规则也不能保证绝对不漏筛，滤去的化合物中仍可能存在少量抗HIV活性成分。但鉴于SHLMD中化合物数量较多，并且研究的最终目的是为制成精简优化的分子复方奠定理论基础，应优先考虑结构和性质更适合成为药物分子的化合物，因此利用“Lipinski规则”对SHLMDB进行初筛是合理的，能够突出后续研究的重点，提高筛选效率。筛选结果中包含一些已知具有抗HIV活性的化合物，表明双黄连粉针剂具有抗HIV的分子基础，同时这些化合物的作用靶点和作用机制还需进一步探究。

综上所述，本研究从抗HIV中药复方中优选出双黄连粉针剂作为研究对象，构建了双黄连粉针剂复方小分子数据库，为分子水平的研究奠定了物质基础，并基于“Lipinski规则”对数据库进行初筛，减少了后期实验的工作量，突出了研究重点。Lipinski-SHLMD中已知具有抗HIV活性的化合物可作为后续研究的重点和筛选依据。