基于分子對接技術的紅毛七抗炎化學成分虛擬篩選

袁橋玉，劉新橋

（1.武漢職業技術學院生物工程學院，湖北武漢 430074；2.中南民族大學藥學院，湖北武漢 430074）

紅毛七為小檗科植物紅毛七Caulophyllum robustum Maxim.的根及其根莖，又名類葉牡丹、葳嚴仙、紅毛三七、海椒七、金絲七、雞骨升麻、紅毛細辛等，主要分布于黑龍江、山西、遼寧、甘肅、河北等地，生于海拔高達950~3500m的山溝陰濕處，林下或竹林下，為“太白七藥”之一。《全國中草藥匯編》《民間常用草藥匯編》《陜西中草藥》《貴州草藥》中均有記載紅毛七具有祛風除濕、活血化瘀、行氣止痛之功效。現代藥理研究表明，紅毛七具有抗炎鎮痛活性[1-3]，但是確切的抗炎活性靶點和作用機制尚未報道。本研究基于分子對接技術，從紅毛七中篩選抗炎活性的天然配體和可能的作用靶點，為紅毛七抗炎物質基礎及作用機制研究提供理論基礎和參考。

1 材料與方法

1.1 材料來源

PDB蛋白質數據庫；PubChem小分子化合物結構庫；TCMSP中藥系統藥理學數據庫與分析平臺；Sybyl 1.0軟件；Discovery Studio 2017 R2 Client；Pymol 1.8軟件。

1.2 方法

1.2.1 配體的準備

按Lipinski規則[4]，從 Pubchem 數據庫下載23個紅毛七化合物結構，建立配體小分子化合物庫，如表1所示。所有配體小分子均采用分子力學程序Minimize進行結構優化。

表1 小分子配體信息

1.2.2 靶點的準備

根據文獻報道[5-7]選取了9個與炎癥相關的靶點蛋白作為受體（晶體結構從PDB數據庫中下載并應用Sybyl軟件處理）：酪氨酸激酶1（JAK1，ID：4K6Z），C-jun N-terminal kinase 1（JNK1，ID ：2GMX），C-jun N-terminal kinase 3（JNK3，ID ：1PMN），磷酸二酯酶4（PDE4，ID：2QYK），基質金屬蛋白酶（MMPs，ID：1A85），磷脂酶A2（PLA2，ID：1JLA），腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK，ID：2UV4），脂氧合酶（LOX，ID：1INQ），絲裂原活化蛋白激酶6（MKK6，ID：2BAL）。

1.2.3 分子對接

以23個化合物為配體，以9個抗炎作用的靶點為受體，利用Sybyl1.0軟件進行分子對接，對接的結果以打分函數Total Score 給出。Total Score可反映配體與受體的親和力大小，該值越大，對接復合物越穩定，說明小分子配體與大分子蛋白質結合得越好。Total Score≧7認為小分子配體與靶點蛋白結合活性較好[8]。

1.2.4 數據分析與圖像處理

采用Discovery Studio軟件中Receptor-Ligand Interactions模塊及Pymol1.8軟件對分子對接結果進行分析，并制作靶點蛋白與配體復合物作用的二維和三維效果圖。

2 結果

2.1 分子對接結果

從23個紅毛七小分子配體與靶蛋白對接結果，分析篩選出具有較好結合活性的化合物8個，分別為化合物1，化合物2，化合物3，化合物5，化合物7，化合物12，化合物16，化合物23，且這些化合物均與多個靶蛋白有結合活性。化合物1、化合物2、化合物12和化合物16與磷脂酶A2結合最好，化合物3與絲裂原活化蛋白激酶6結合最好，化合物5與磷酸二酯酶4結合最好，化合物7與酪氨酸激酶1結合最好，化合物23與C-jun N-terminal kinase 3結合最好。該結果表現出多成分對多靶點共同作用的特點，為闡述紅毛七抗炎作用機制研究提供了理論基礎。紅毛七化學成分與靶蛋白具體對接結果如表2所示。

表2 紅毛七成分與靶蛋白對接結果

2.2 對接結果分析

2.2.1 化合物1與磷脂酶A2相互作用

化合物1與磷脂酶A2結合最好，Total score為11.592 2，其對接效果如圖1所示。從圖1可以看出，化合物1與PRO36、LYS103形成了氫鍵，同時與LYS101、TYR318形成了C-H鍵。

圖1 化合物1與磷脂酶A2分子對接作用圖

2.2.2 化合物16與磷脂酶A2相互作用

化合物16與磷脂酶A2結合最好，Total score為9.315 5，其對接效果如圖2。從圖2可以看出，疏水相互作用在此對接中起重要作用，同時與PRO236、LYS103、GLU138形成了氫鍵。

圖2 化合物16與磷脂酶A2分子對接作用圖

2.2.3 化合物3與絲裂原活化蛋白激酶6相互作用

化合物3與絲裂原活化蛋白激酶6結合最好，Total score為9.1193，其對接效果如圖3所示。從圖3可以看出，化合物3與LYS53、GLY110、ALA34、ASP168、MET109形成了氫鍵。

圖3 化合物3與絲裂原活化蛋白激酶6分子對接作用圖

3 結束語

與傳統藥物研究方法相比，基于分子對接技術的虛擬篩選在藥效成分作用機制方面表現出其獨特的優越性，不僅可以減少研究的盲目性，提高研究效率，更提高了新藥創新的成功率。本實驗將分子對接技術應用到紅毛七中抗炎活性成分的篩選，針對抗炎的9個靶點，從23個紅毛七化學成分中篩選出了8種潛在活性化合物，且均具有多靶點抗炎活性，其中化合物1、3和16對靶蛋白的效果尤為顯著，反映出紅毛七在抗炎作用中的多靶點、多效應作用特點。通過對蛋白復合物相互作用力的分析，證實氫鍵和疏水作用力在對接中起著重要的作用。本研究為紅毛七抗炎活性的物質基礎研究及作用機制研究提供了一定的參考價值，為后期生物活性實驗提供了方向。