基于化学空间和分子对接探讨人参在治疗骨关节炎中发挥抗炎镇痛作用的可行性*

郑春松 杨燕妮 段辛威 黄蕾 叶蕻芝 朱晓勤 曾建伟#

（1福建中医药大学中西医结合研究院 福州 350122；2福建中医药大学药学院 福州 350122；3福建省中西医结合老年性疾病重点实验室 福州 350122）

骨关节炎（Osteoarthritis,OA）是最常见的慢性退行性骨关节疾病，其临床表现主要为关节疼痛和肿胀，《中医骨伤科学》教材的临证备要中显示健脾法可以抑制炎症、消除肿痛[1]。由于OA归属于中医学痹症的范畴，肝肾亏虚是其发病基础，国内学者对OA治疗的研究大多聚焦在补肾柔肝法或补肝肾中药[2～3]，有关健脾法治疗OA的研究甚少，特别是有关健脾中药在OA治疗中抗炎镇痛作的现代科学解读未见报道。

人参为健脾要药，是治疗OA古方独活寄生汤的重要组成中药[4]，其成分人参皂苷Rg1缓解OA软骨损伤作用已有报道[5]，证实了人参可用于OA的治疗，而且，实验也证实了人参皂苷Rg1的抗炎镇痛作用[6]。人参在《神农本草经》中被列为上品，属于药食同源中药，提示人参在OA疼痛治疗中具有开发前景。

化学空间是小分子化合物多个描述符形成的多维空间，分子对接可用于研究小分子化合物与靶点相互作用，两者结合已经用于寻找中药中治疗疾病的潜在药物分子，是目前中药活性成分预测和筛选的重要计算机模拟手段之一[7～8]。本研究以人参为例，从化学空间和分子对接的角度，系统探讨人参在治疗OA中发挥抗炎镇痛作用的可行性，为健脾法运用于OA临床治疗提供新依据。现报道如下：

1 工具与方法

1.1 人参和抑制剂分子数据集建立 在中药系统药理学数据库及分析平台（TCMSP）网站[9]中Herb name一栏输入“人参”，筛选人参中口服生物利用度≥30%和类药性≥0.18的化合物[10]；在活性化合物专家（https://www.selleck.cn/）网站中检索已经报道的IL-1β、IL-6和TNF-α抑制剂化合物。在Discovery Studio（DS）模拟平台上[11]，构建以上化合物的三维分子结构，用默克分子力场优化[7]，建立人参和抑制剂分子数据集，保存成SD文件。

1.2 人参和抑制剂分子数据集的化学空间构建与分析 在DSQSAR模块下，选择分子量、氢键受体数目、氢键给体数目、脂水分配系数、可旋转键数目和分子表面面积等75个分子描述符参数，构建人参和抑制剂分子数据集化合物的多维空间，分别定义为两分子数据集的化学空间[7，12]。利用主成分分析技术[13]，将上述数据集的多维数据有效映射到三维化学空间上。若两数据集中的化合物在化学空间上距离越近，代表具有相似作用的可能性越大[14]，由此揭示人参抗炎镇痛的可能性。

1.3 人参分子数据集中抗炎镇痛活性成分筛选根据OA相关抗炎镇痛靶点的文献[15～16]，确定IL-1β、IL-6和TNF-α为研究靶点，从RCSB Protein Data Bank（https://www.rcsb.org/）网站上，下载其蛋白质-配体复合物三维结构，代码分别为6Y8M、1ALU和2AZ5。在DS模拟平台上，使用Hierarchy和Chemistry模块对蛋白结构去溶剂、去配体、加氢处理后，使用Binding Site模块定义原配体为活性位点，并使用LigandFit模块进行人参化学成分和靶点的对接研究[7，17]。对接成功后，以蛋白与原配体的DOCK-SCORE为阈值，大于阈值的化合物分别视为人参中抗炎镇痛的潜在活性化合物[7]。

2 结果

2.1 人参和抑制剂的分子数据集 在DS平台上，建立人参分子数据集，含有22个化合物。见表1。建立抑制剂分子数据集，含有26个化合物。见表2。

表1 人参中口服生物利用度≥30%和类药性≥0.18的化合物

表2 IL-1β、IL-6和TNF-α的抑制剂及作用靶点信息

2.2 人参和抑制剂分子数据集的化学空间 利用IL-1β、IL-6和TNF-α抑制剂构建了抗炎镇痛的化学空间，将人参分子数据集映射到此化学空间，发现人参分子数据集中化合物在化学空间上主要分布在后背部，与抑制剂化合物距离较近。见图1。两分子数据集在分子量、氢键受体数目、氢键给体数目和脂水分配系数等描述符值分别在区间[263.33，622.87]、[1.00，9.00]、[0.00，6.00]和[1.39，5.67]存在交集。见表3。

表3 人参和抑制剂分子数据集的重要描述符值

图1 人参和抑制剂分子数据集的化学空间

2.3 人参抗炎镇痛的活性化合物 分别以抗炎镇痛的靶点IL-1β、IL-6、TNF-α与各自原配体对接的DOCK-SCORE等于40.70、36.87和52.56为阈值，大于阈值的人参分子集中化合物对应有9个、7个和3个。见表4。即人参抗炎镇痛的潜在活性化合物有 11个，分别为脱氧三尖杉酯碱（Deoxyharringtonine）、石竹胺（Dianthramine）、苏齐内酯（Suchilactone）、花生四烯酸（Arachidonate）、山柰酚（Kaempferol）、人参皂苷Rg5（Ginsenoside Rg5）、人参皂苷Rh2（Ginsenoside Rh2）、五味子酯乙（Gomisin B）、苯代南蛇碱（Celabenzine）、菊黄质（Chrysanthemaxanthin）和5-苯甲酰基-4-乙酰基锥序南蛇藤呋喃四醇（Malkangunin）。

表4 人参抗炎镇痛的活性成分及其作用靶点

续表4

3 讨论

中医学认为OA属标痹，具有痹痛的临床症状，“风、寒、湿”等常为其诱因[18～19]。《素问·痹论》中指出，“荣者，水谷之精气也……卫者，水谷之悍气也……逆其气则病，从其气则愈，不与风寒湿气合，故不为痹”。《医宗金鉴·痹证总括》也指出：“痹虚，谓气虚之人病诸痹也”，提示脾虚容易导致痹痛，在治疗痹痛中应健脾。而且，脾为生痰之源，在《医门法律·中风门》有记载：“风寒湿三痹之邪，每借人胸中之痰为相援，故治痹方中，多兼用治痰之药。”由此进一步证明在治疗OA痹痛的过程中，应重视健脾的作用。现代医学认为，在OA疾病的进程中，炎症会导致疼痛，疼痛也会刺激炎症反应，即炎症反应和疼痛相互作用。其中，炎症细胞因子IL-1β、IL-6和TNF-α水平的异常升高，是OA疼痛的重要原因之一[20]。基于以上背景，本文选择健脾要药人参作为研究对象，利用化学空间和分子对接技术研究其与IL-1β、IL-6和TNF-α相互作用的可能性，以进一步探讨健脾法在治疗OA中发挥抗炎镇痛的可行性。

根据化学空间理论[21]，我们知道功能相近的化合物在一定的化学空间中往往存在分类聚集趋向，且具有相似化学空间的化合物也往往具有相似的功能属性。化学空间结果显示，人参和抑制剂分子数据集主要聚集在三维化学空间的后背部，且两数据集的化合物距离较近，提示人参分子数据集可能存在抑制剂分子数据集的功能属性，即人参分子数据集可能具有抑制剂分子数据集相似的药理作用。在此基础上，基于分子对接研究人参分子数据集化合物与抗炎镇痛靶点（IL-1β、IL-6和TNF-α）相互作用情况，结果从人参分子数据集中发现了11个潜在的活性化合物。其中，山奈酚（MOL000422）、苏齐内酯（MOL005384）等化合物具有抗炎的作用已经报道[22～23]，提示人参中小分子物质能通过与IL-1β、IL-6和TNF-α相互作用而产生抗炎镇痛的药效。

综上所述，本研究从化学空间和活性成分的角度，揭示了人参在治疗OA中发挥抗炎镇痛作用具有一定的合理性。未来将围绕筛选出来的潜在活性成分，进行其抗炎镇痛活性的实验验证，为人参治疗OA疼痛提供更坚实的依据，也为健脾法在OA中治疗的临床应用提供新线索。