抗HIV中藥復方的優選及其小分子數據庫的構建和類藥性分析

肖澤云，李愛秀,2，李 凱,3，康家雄

艾滋病，即獲得性免疫缺陷綜合征(acquired immune deficiency syndrome, AIDS)，是世界十大醫學難題之一，嚴重威脅人類生命健康和社會穩定，當前防治情況仍不容樂觀。其主要病原體是HIV-1，也是一直以來AIDS治療的研究重點。AIDS病理過程復雜，涉及多個細胞信號分子，且HIV-1突變率高，導致僅作用于單一細胞信號分子的單靶點藥物治療效果差，極易產生耐藥性，而多靶點藥物通過多途徑調節，同時作用于多種細胞信號分子，使總效應大于各單效應之和，達到最佳的治療效果，成為當前抗HIV藥物研究的主要關注點[1]。多靶點抗HIV藥物可分為兩大部分：西醫的“高效抗反轉錄病毒療法”(highly active anti-retroviral therapy, HAART)和中醫的抗HIV中藥復方。

AIDS患者需長期服藥，與西藥相比，抗HIV中藥復方不易產生耐藥性、毒副作用小、價格便宜、患者依從性較高等優勢日益凸顯，在抗HIV方面具有巨大潛力[2]。但中藥復方抗HIV活性物質基礎不明確，推廣使用受到限制。目前，已有學者開展“中藥分子復方”[3]的研究，運用計算機輔助藥物設計(computer aided drug design, CADD)的方法和技術，針對中藥復方某一藥理活性，篩選原方中的有效化學成分，優化組方劑量，組成成分皆為明確化學分子的新復方，其中構建包含小分子化合物結構和性質等相關信息的中藥復方小分子數據庫是研究的前提和基礎。但限于目前的技術水平，為確保實施的可能性，復方的藥味一般以3～5味為宜[4]。本研究將此思路應用到抗HIV中藥復方的研究中，通過查閱文獻和國內專利，總結出藥味組成明確的抗HIV中藥復方，從中優選1個復方作為研究對象，構建復方小分子數據庫，并利用Lipinski規則進行類藥性分析。

1 材料與方法

1.1 中藥化學成分來源 TCMSP[5]包括2010年版《中國藥典》收載的499種中草藥及12 144個化合物，通過輸入單味中藥的名稱，就可以檢索到該味藥已收錄的所有化學成分，以及每個化合物的分子量、吸收、分布、代謝、排泄和毒性等參數。

1.2 軟件 MOE(molecular operating environment)[6]，加拿大化學計算集團公司(chemical computing group, CCG)開發的分子模擬與分子設計軟件包，在化學和生物制藥領域有廣泛的應用，是世界領先的CADD綜合平臺。本研究所用版本為MOE2009.10，主要模塊有數據庫構建模塊(creating and editing molecular databases)和Protonate 3D模塊。

1.3 抗HIV中藥復方的優選 檢索中國期刊全文數據庫(1915—2017年)、中國博士學位論文全文數據庫(1984—2017年)、中國優秀碩士學位論文全文數據庫(1984—2017年)、中國重要會議論文全文數據庫(1953—2017年)、國際會議論文全文數據庫(1981—2017年)、中國專利全文數據庫(1985—2017年)和德國Springer Link數據庫(1840—2017年)，下載所有抗HIV中藥復方相關文獻。對抗HIV中藥復方進行總結，并整理復方的藥味組成，通過分析比較復方單味藥數量以及研究可行性，從中優選出1個復方作為研究對象。

1.4 復方小分子數據庫的構建 分別以所選復方中的單味中藥作為檢索詞，在TCMSP中進行檢索，得到化學成分及其理化參數。刪除重復的小分子化合物，利用MOE數據庫構建模塊，構建復方小分子數據庫。在Protonate 3D模塊，對所有小分子進行加氫加電荷處理，參數設置如下：溫度310.15 K，pH 7.0，離子溶度 0.1 mol/L，其余參數選擇默認。

1.5 基于“Lipinski規則”類藥性分析 Lipinski規則類藥性分析是指基于Lipinski規則對化合物數據庫進行篩選，濾去不符合規則的化合物。經典的Lipinski規則被稱為“Lipinski五規則”[7]，包括相對分子量小于500、脂水分配系數(ClogP)小于5、氫鍵給體數目(以NH和OH鍵數目之和計)小于5、氫鍵受體數目(以N和O數目之和計)小于10、化合物中可旋轉鍵的數量不超過10個。符合規則的化合物一般具有良好的藥動學性質和較高的生物利用度，更有可能成為藥物分子，但經過長期實踐發現此規則具有很大的局限性，“五規則”逐步被簡化為四規則和三規則。為了盡量減少漏篩，本研究基于去掉氫鍵受體和可旋轉鍵數量限制的“Lipinski規則”對所建復方小分子數據庫進行初篩，從結構和性質角度濾去不適合成為藥物分子的化合物，為后續研究突出重點，提高篩選效率。

2 結 果

2.1 抗HIV中藥復方的優選 共搜集到48個抗HIV中藥復方，除本實驗室前期鄧聯柏等[8]總結的44個復方外，還包括楊氏方膠囊[9]、生命泉(FESOL)[10]、高欣908口服液[11]和銀翹散[12]。進一步對復方組成進行總結，得到藥味組成完全明確的抗HIV中藥復方11個(表1)。其中，雙黃連粉針劑僅由3味中藥組成，藥味數量最少，研究復方抗HIV活性成分及其分子作用機制的可行性最高，且此藥已獲國家批準上市，價格十分便宜，AIDS臨床試驗中療效比較顯著，無明顯毒副作用，因此選擇雙黃連粉針劑作為本研究的對象[13]。

表1 藥味組成明確的抗HIV中藥復方

2.2 雙黃連粉針劑復方小分子數據庫 檢索TCMSP，分別得到黃芩、連翹、金銀花化學成分143個、150個和236個，3味中藥共同包含的化學成分有4個，黃芩、連翹中相同的化學成分有7個，黃芩、金銀花中相同的化學成分有16個，連翹、金銀花中相同的化學成分有17個(表2～5)。相同的化合物只保留1個，構建雙黃連粉針劑復方小分子數據庫，共包含481個化合物。對所有化合物進行加氫加電荷處理，并將此數據庫命名為SHLMD。

表2 黃芩、連翹和金銀花中相同的化學成分

表3 黃芩和連翹中相同的化學成分

表4 黃芩和金銀花中相同的化學成分

表5 連翹和金銀花中相同的化學成分

2.3 “Lipinski規則”初篩結果 基于“Lipinski規則”對SHLMD進行初篩，得到323個化合物，組成的新數據庫命名為Lipinski-SHLMD。這323個化合物根據結構可以分為11大類，包括萜類(121個)、黃酮類(61個)、苯丙素類(31個)、有機酸及其酯類(23個)、生物堿類(16個)、C6-C2天然醇及其苷類(13個)、其他天然醇類(9個)、苯乙醇苷類(7個)、醛類(11個)、酮類(9個)和其他類(22個)，其中萜類可細分為環烯醚萜類(45個)、倍半萜類(38個)、單萜類(37個)和三萜類(1個)，苯丙素類可細分為木脂素類(19個)和苯丙酸類(12個)，所有小分子中以萜類和黃酮類化合物居多。此外，Lipinski-SHLMD中包含文獻報道具有抗HIV活性的牛蒡子苷元、黃芩苷、槲皮素類化合物和橄欖脂素[23]。

3 討 論

抗HIV中藥復方在治療AIDS方面的優勢日益凸顯，但與西藥成分皆為結構明確的化學分子不同，中藥復方成分復雜，抗HIV活性成分及其作用靶點和作用機制尚不明確，難以形成統一規范的質量控制體系、臨床治療體系和療效評價體系，導致缺乏國際公認度，推廣使用受到限制[24]。因此，中藥復方抗HIV活性成分的篩選及其分子作用機制的揭示是當前研究的難點。然而，復方中每一味中藥都是1個天然的化合物分子數據庫，數味中藥化學成分總和數量較大，傳統的高通量篩選法需要花費大量的時間、人力和物力，造成不必要的浪費[25]。利用CADD的方法和技術研究“中藥分子復方”，有助于制劑開發，利于臨床用藥的質量監控和精準治療，大大節省了時間和資源。但限于目前的技術水平，還需對抗HIV中藥復方進行優選，以確保研究的可行性。

本研究通過查閱文獻，共得到48個抗HIV中藥復方，并明確了其中11個復方的中藥組成，從中優選雙黃連粉針劑作為研究對象。雙黃連粉針劑具有清熱解毒、消腫止痛、廣譜抗菌、抗病毒等功效，目前已在我國批準上市，藥品供應充足，價格十分便宜，一般大眾都可用得起，主要用于上呼吸道感染、支氣管炎、肺炎等疾病，也常見于腮腺炎、帶狀皰疹的治療。此外，在治療AIDS方面已有小范圍試用，并且療效比較顯著[13]。證明了雙黃連粉針劑的抗HIV活性物質基礎，進一步優化復方，不僅能夠彌補粉針劑病人自主使用不便、偶見過敏癥狀等不足之處，還將促進雙黃連粉針劑在治療AIDS方面的廣泛應用，為AIDS患者的治療帶來新希望。因此，基于雙黃連粉針劑開展抗HIV“中藥分子復方”的研究具有重要的意義和良好的應用前景。

目前，尚沒有關于雙黃連粉針劑復方小分子數據庫的相關報道，本研究構建的SHLMD，包含481個化合物，為雙黃連粉針劑藥理活性的分子研究奠定了數據庫基礎。但由于TCMSP每一種中藥的化學成分可能收錄不全，隨著研究技術和儀器設備的發展，不斷有新的化合物被發現，并且本論文暫未考慮雙黃連粉針劑制劑過程中，可能損耗的化學成分或新生成的產物，以及體內的代謝產物等，因此構建的SHLMD仍有擴充和完善的空間。Lipinski規則類藥性分析已廣泛應用于藥物研發領域化合物數據庫的初篩，同時也是小分子藥物設計的有效指導原則。但通過長期實踐，發現經典的“Lipinski五規則”有很大的局限性，不是絕對的標準，逐步簡化為去掉可旋轉鍵數量限制的“四規則”和在此基礎上進一步去掉氫鍵受體數量限制的“三規則”。為盡量避免漏篩，本研究基于簡化為3條標準的“Lipinski規則”對SHLMD進行類藥性分析，篩選得到323個化合物。簡化后的規則也不能保證絕對不漏篩，濾去的化合物中仍可能存在少量抗HIV活性成分。但鑒于SHLMD中化合物數量較多，并且研究的最終目的是為制成精簡優化的分子復方奠定理論基礎，應優先考慮結構和性質更適合成為藥物分子的化合物，因此利用“Lipinski規則”對SHLMDB進行初篩是合理的，能夠突出后續研究的重點，提高篩選效率。篩選結果中包含一些已知具有抗HIV活性的化合物，表明雙黃連粉針劑具有抗HIV的分子基礎，同時這些化合物的作用靶點和作用機制還需進一步探究。

綜上所述，本研究從抗HIV中藥復方中優選出雙黃連粉針劑作為研究對象，構建了雙黃連粉針劑復方小分子數據庫，為分子水平的研究奠定了物質基礎，并基于“Lipinski規則”對數據庫進行初篩，減少了后期實驗的工作量，突出了研究重點。Lipinski-SHLMD中已知具有抗HIV活性的化合物可作為后續研究的重點和篩選依據。