基于分子对接预测黄芩-黄连药对抑制α-葡萄糖苷酶的活性成分

周国勤 ，周 鹏

(1.安徽省药品审评查验中心，安徽 合肥 230051；2.安徽中医药大学 中西医结合学院，安徽 合肥230031；3.中药提取安徽省技术创新中心，安徽 亳州 236800)

黄芩-黄连药对出自《伤寒论》，目前常用于传统中药方剂中，如：葛根芩连汤、半夏泻心汤、黄连解毒汤等[1]。黄芩味苦、性寒，可清热燥湿、泻火解毒；黄连味苦、性寒，可清热泻火。中医认为，黄芩和黄连联合应用，达到清热燥湿、泻火解毒之功效，现代动物实验结果表明黄芩-黄连药对通过调控MAPK/PI3K/AKT信号通路改善2型糖尿病（Type II diabetes mellitus, T2DM）大鼠的葡萄糖和脂肪代谢，达到降血糖作用[2]。

T2DM属中医“消渴”“消瘅”范畴，中医病机主要为燥热，治疗以清热为基本治则[3]，黄芩-黄连药对是临床上最为常用的清热解毒药对，也是中医临床上治疗糖尿病的常用药对，但其作用机制和靶点尚不明确。目前，α-葡萄糖苷酶抑制剂（AGIs）一类以延缓肠道碳水化合物吸收而达到治疗T2DM的口服降糖药物，最终达到调整血糖水平、治疗糖尿病的目的[4-5]，研究发现黄酮类、生物碱类、多糖类及酚类化合物均具有良好的α-葡萄糖苷酶抑制活性，而黄芩-黄连药对中的主要成分以黄酮类和生物碱类居多，但具体发挥α-葡萄糖苷酶抑制活性的化合物尚不清楚，因此，通过虚拟筛选黄芩-黄连药对中的α-葡萄糖苷酶抑制剂，对明确其药效物质基础和开发新药均具有十分重要的意义。

因此，本研究采用SystemsDock WebSite平台对黄芩-黄连文献报道的小分子化合物与α-葡萄糖苷酶对接，根据pKd/pKi评分结果，分析黄芩-黄连药对发挥降糖作用的物质基础，并虚拟预测出潜在的活性成分，为进一步开发黄芩-黄连药对和开发新型α-葡萄糖苷酶抑制剂提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 黄芩-黄连药对化学成分的收集

本研究通过TCMSP数据库对黄芩-黄连2味中药已报道成分和ADME参数进行检索[6]，得到所有成分为黄芩143个、黄连48个，根据成药性原则，选取同时满足口服生物利用度（Oral Bioavailability,OB）≥30%、类药性（Drug-Likeness, DL）≥0.18、相对分子量MW（180-500）作为生物活性成分，构建化学成分数据库[7-8]，用于分子对接。

1.2 分子对接

从蛋白质数据库中（http://www.rcsb.org）下载α-葡萄糖苷酶的三维晶体结构（PDB ID: 3A4A）[9]。采用SystemsDock WebSite平台进行分子对接[10]，分别得到每个化合物与α-葡萄糖苷酶的结合打分（pKd/pKi），根据对接平台规定，pKd/pKi越高，配体与受体结合越稳定，将通过pKd/pKi的高低和与氨基酸残基结合的数目综合评价化合物与靶点的结合活性。

2 结果

2.1 黄芩-黄连药对中小分子化合物的化学信息

按照筛选条件得40个化学成分，并从PubChem化合物数据库（http://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov）下载小分子化学成分的结构，其化学信息见表1。

表 1 黄芩-黄连药对中小分子化合物的化学信息Tab. 1 Chemical information of Scutellariae Radix and Coptidis Rhizoma

2.2 分子对接结果

黄芩-黄连药对中活性成分与α-葡萄糖苷酶的分子对接结果体现在pKd/pKi评分上，pKd/pKi评分高于自身配体，说明活性成分与靶点之间的结合能力越强，活性成分的作用强度越大，且高于自身配体，这些化合物均可能成为重要的活性化合物进行开发利用。排在前20%的化合物以黄酮类化合物为主，且打分高低排序是槲皮酮>槲皮素>去甲汉黄芩素>黄芩素、黄烷酮>广玉兰内酯>二氢黄芩苷、红花定，其中，槲皮酮与α-葡萄糖苷酶活性位点的匹配度最高，说明槲皮酮可作为天然α-葡萄糖苷酶抑制剂的先导化合物进行研究开发，见表2；槲皮酮、去甲汉黄芩素、黄芩素、黄烷酮、二氢黄芩苷、红花定来自于黄芩，槲皮素、广玉兰内酯来自于黄连，这可能是黄芩-黄连药对发挥药效的物质基础。通过分子对接结果的2D图（见图1），可以直观看出活性化合物与α-葡萄糖苷酶的结合位点，相互作用是分子间氢键和范德华力，共同的氨基酸残基结合位点是Tyr A158、Phe A159、Phe A178、Asp A352。

图 1 黄芩-黄连药对中较高活性化学成分与α-葡萄糖苷酶氨基酸残基对接2D图Fig.1 2D drawing of docking of amino acid residues of α-glucosidase with higher active chemical components in Scutellariae Radix and Coptidis Rhizoma

表 2 黄芩-黄连药对中较高活性化学成分与α-葡萄糖苷酶氨基酸残基对接情况表Tab. 2 Docking of amino acid residues of α-glucosidase with higher active chemical components in Scutellariae Radix and Coptidis Rhizoma

3 讨论

α-葡萄糖苷酶抑制剂，可抑制上消化道酶，有效阻断复杂的碳水化合物分解成葡萄糖，进而延缓了肠道内壁细胞对葡萄糖的吸收，降低餐后血糖水平，血糖得到有效控制[11-13]，故而α-葡萄糖苷酶抑制剂在糖尿病的治疗中起着至关重要的作用。目前，临床上主要用于2型糖尿病治疗的α-葡萄糖苷酶抑制剂有阿卡波糖、米格列醇和伏格列波糖等，虽然疗效明确，但存在耐药性和胃肠道副作用，如：腹部不适、肠胃胀气和腹泻等，在一定程度上限制了这类药物的长期应用[14-15]。因此，寻找更强抑制活性和副作用低的α-葡萄糖苷酶抑制剂显得尤为重要。目前，黄酮类化合物作为一种具有潜在安全性的α-葡萄糖苷酶抑制剂备受关注，许多天然产物中的黄酮类成分可以作为α-葡萄糖苷酶抑制剂，延长碳水化合物的消化时间，大幅降低餐后升高的血糖，达到降血糖的目的[16-17]。槲皮素及其衍生物具有良好的抗α-葡萄糖苷酶活性的作用[18]。

本研究中的黄芩-黄连药对是临床防治2型糖尿病的常用药对，具有良好的降糖作用。黄芩中含有多种黄酮类化学成分，其对α-葡萄糖苷酶具有较好的抑制活性，其中，灯盏细辛和芹菜素对酶的整体抑制作用更大，而黄芩苷和黄芩素具有整体抗氧化能力，因此黄芩作为潜在补充剂应用于糖尿病的防治中[19]。本研究通过分子对接预测发现，黄芩-黄连药对发挥药效的物质基础是以黄酮类化合物为主，这与黄酮类化合物自身具有较强的α-葡萄糖苷酶抑制活性相关，其中发现槲皮酮与α-葡萄糖苷酶活性位点的匹配度最高，同时也有研究发现槲皮酮对糖化终产物诱导的小鼠微血管内皮细胞血管细胞黏附分子-1表达的抑制作用，说明槲皮酮可抑制非酶糖化、防治糖尿病慢性并发症的作用[20]，因此，通过分子对接和文献报道，槲皮酮可作为天然α-葡萄糖苷酶抑制剂进行进一步研究。

4 结论

本研究采用分子对接技术预测黄芩-黄连药对发挥抗糖尿病的药效物质基础，并虚拟筛选出天然的α-葡萄糖苷酶抑制剂，发现黄芩-黄连药对中黄酮类化合物可能是发挥药效的活性成分，以槲皮酮效果最优。本研究从分子水平阐述了黄芩-黄连药对防治2型糖尿病的作用机制，为深入开发黄芩-黄连药对的物质基础和发现天然α-葡萄糖苷酶抑制剂提供一定的理论依据。