基于化學空間和分子對接探討人參在治療骨關節炎中發揮抗炎鎮痛作用的可行性*

鄭春松 楊燕妮 段辛威 黃蕾 葉蕻芝 朱曉勤 曾建偉#

（1福建中醫藥大學中西醫結合研究院 福州 350122；2福建中醫藥大學藥學院 福州 350122；3福建省中西醫結合老年性疾病重點實驗室 福州 350122）

骨關節炎（Osteoarthritis,OA）是最常見的慢性退行性骨關節疾病，其臨床表現主要為關節疼痛和腫脹，《中醫骨傷科學》教材的臨證備要中顯示健脾法可以抑制炎癥、消除腫痛[1]。由于OA歸屬于中醫學痹癥的范疇，肝腎虧虛是其發病基礎，國內學者對OA治療的研究大多聚焦在補腎柔肝法或補肝腎中藥[2～3]，有關健脾法治療OA的研究甚少，特別是有關健脾中藥在OA治療中抗炎鎮痛作的現代科學解讀未見報道。

人參為健脾要藥，是治療OA古方獨活寄生湯的重要組成中藥[4]，其成分人參皂苷Rg1緩解OA軟骨損傷作用已有報道[5]，證實了人參可用于OA的治療，而且，實驗也證實了人參皂苷Rg1的抗炎鎮痛作用[6]。人參在《神農本草經》中被列為上品，屬于藥食同源中藥，提示人參在OA疼痛治療中具有開發前景。

化學空間是小分子化合物多個描述符形成的多維空間，分子對接可用于研究小分子化合物與靶點相互作用，兩者結合已經用于尋找中藥中治療疾病的潛在藥物分子，是目前中藥活性成分預測和篩選的重要計算機模擬手段之一[7～8]。本研究以人參為例，從化學空間和分子對接的角度，系統探討人參在治療OA中發揮抗炎鎮痛作用的可行性，為健脾法運用于OA臨床治療提供新依據。現報道如下：

1 工具與方法

1.1 人參和抑制劑分子數據集建立 在中藥系統藥理學數據庫及分析平臺（TCMSP）網站[9]中Herb name一欄輸入“人參”，篩選人參中口服生物利用度≥30%和類藥性≥0.18的化合物[10]；在活性化合物專家（https://www.selleck.cn/）網站中檢索已經報道的IL-1β、IL-6和TNF-α抑制劑化合物。在Discovery Studio（DS）模擬平臺上[11]，構建以上化合物的三維分子結構，用默克分子力場優化[7]，建立人參和抑制劑分子數據集，保存成SD文件。

1.2 人參和抑制劑分子數據集的化學空間構建與分析 在DSQSAR模塊下，選擇分子量、氫鍵受體數目、氫鍵給體數目、脂水分配系數、可旋轉鍵數目和分子表面面積等75個分子描述符參數，構建人參和抑制劑分子數據集化合物的多維空間，分別定義為兩分子數據集的化學空間[7，12]。利用主成分分析技術[13]，將上述數據集的多維數據有效映射到三維化學空間上。若兩數據集中的化合物在化學空間上距離越近，代表具有相似作用的可能性越大[14]，由此揭示人參抗炎鎮痛的可能性。

1.3 人參分子數據集中抗炎鎮痛活性成分篩選根據OA相關抗炎鎮痛靶點的文獻[15～16]，確定IL-1β、IL-6和TNF-α為研究靶點，從RCSB Protein Data Bank（https://www.rcsb.org/）網站上，下載其蛋白質-配體復合物三維結構，代碼分別為6Y8M、1ALU和2AZ5。在DS模擬平臺上，使用Hierarchy和Chemistry模塊對蛋白結構去溶劑、去配體、加氫處理后，使用Binding Site模塊定義原配體為活性位點，并使用LigandFit模塊進行人參化學成分和靶點的對接研究[7，17]。對接成功后，以蛋白與原配體的DOCK-SCORE為閾值，大于閾值的化合物分別視為人參中抗炎鎮痛的潛在活性化合物[7]。

2 結果

2.1 人參和抑制劑的分子數據集 在DS平臺上，建立人參分子數據集，含有22個化合物。見表1。建立抑制劑分子數據集，含有26個化合物。見表2。

表1 人參中口服生物利用度≥30%和類藥性≥0.18的化合物

表2 IL-1β、IL-6和TNF-α的抑制劑及作用靶點信息

2.2 人參和抑制劑分子數據集的化學空間 利用IL-1β、IL-6和TNF-α抑制劑構建了抗炎鎮痛的化學空間，將人參分子數據集映射到此化學空間，發現人參分子數據集中化合物在化學空間上主要分布在后背部，與抑制劑化合物距離較近。見圖1。兩分子數據集在分子量、氫鍵受體數目、氫鍵給體數目和脂水分配系數等描述符值分別在區間[263.33，622.87]、[1.00，9.00]、[0.00，6.00]和[1.39，5.67]存在交集。見表3。

表3 人參和抑制劑分子數據集的重要描述符值

圖1 人參和抑制劑分子數據集的化學空間

2.3 人參抗炎鎮痛的活性化合物 分別以抗炎鎮痛的靶點IL-1β、IL-6、TNF-α與各自原配體對接的DOCK-SCORE等于40.70、36.87和52.56為閾值，大于閾值的人參分子集中化合物對應有9個、7個和3個。見表4。即人參抗炎鎮痛的潛在活性化合物有 11個，分別為脫氧三尖杉酯堿（Deoxyharringtonine）、石竹胺（Dianthramine）、蘇齊內酯（Suchilactone）、花生四烯酸（Arachidonate）、山柰酚（Kaempferol）、人參皂苷Rg5（Ginsenoside Rg5）、人參皂苷Rh2（Ginsenoside Rh2）、五味子酯乙（Gomisin B）、苯代南蛇堿（Celabenzine）、菊黃質（Chrysanthemaxanthin）和5-苯甲酰基-4-乙酰基錐序南蛇藤呋喃四醇（Malkangunin）。

表4 人參抗炎鎮痛的活性成分及其作用靶點

續表4

3 討論

中醫學認為OA屬標痹，具有痹痛的臨床癥狀，“風、寒、濕”等常為其誘因[18～19]。《素問·痹論》中指出，“榮者，水谷之精氣也……衛者，水谷之悍氣也……逆其氣則病，從其氣則愈，不與風寒濕氣合，故不為痹”。《醫宗金鑒·痹證總括》也指出：“痹虛，謂氣虛之人病諸痹也”，提示脾虛容易導致痹痛，在治療痹痛中應健脾。而且，脾為生痰之源，在《醫門法律·中風門》有記載：“風寒濕三痹之邪，每借人胸中之痰為相援，故治痹方中，多兼用治痰之藥。”由此進一步證明在治療OA痹痛的過程中，應重視健脾的作用。現代醫學認為，在OA疾病的進程中，炎癥會導致疼痛，疼痛也會刺激炎癥反應，即炎癥反應和疼痛相互作用。其中，炎癥細胞因子IL-1β、IL-6和TNF-α水平的異常升高，是OA疼痛的重要原因之一[20]。基于以上背景，本文選擇健脾要藥人參作為研究對象，利用化學空間和分子對接技術研究其與IL-1β、IL-6和TNF-α相互作用的可能性，以進一步探討健脾法在治療OA中發揮抗炎鎮痛的可行性。

根據化學空間理論[21]，我們知道功能相近的化合物在一定的化學空間中往往存在分類聚集趨向，且具有相似化學空間的化合物也往往具有相似的功能屬性。化學空間結果顯示，人參和抑制劑分子數據集主要聚集在三維化學空間的后背部，且兩數據集的化合物距離較近，提示人參分子數據集可能存在抑制劑分子數據集的功能屬性，即人參分子數據集可能具有抑制劑分子數據集相似的藥理作用。在此基礎上，基于分子對接研究人參分子數據集化合物與抗炎鎮痛靶點（IL-1β、IL-6和TNF-α）相互作用情況，結果從人參分子數據集中發現了11個潛在的活性化合物。其中，山奈酚（MOL000422）、蘇齊內酯（MOL005384）等化合物具有抗炎的作用已經報道[22～23]，提示人參中小分子物質能通過與IL-1β、IL-6和TNF-α相互作用而產生抗炎鎮痛的藥效。

綜上所述，本研究從化學空間和活性成分的角度，揭示了人參在治療OA中發揮抗炎鎮痛作用具有一定的合理性。未來將圍繞篩選出來的潛在活性成分，進行其抗炎鎮痛活性的實驗驗證，為人參治療OA疼痛提供更堅實的依據，也為健脾法在OA中治療的臨床應用提供新線索。