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      基于反向分子對接技術(shù)研究桂枝湯調(diào)和營衛(wèi)的潛在作用靶點

      2017-10-10 09:07:26施學(xué)麗郭超峰夏猛
      中國藥房 2017年25期
      關(guān)鍵詞:肌肉組織桂枝湯營衛(wèi)

      施學(xué)麗,郭超峰,夏猛

      (1.廣西中醫(yī)藥大學(xué)科技處,南寧530020;2.廣西中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院國家藥物臨床試驗機構(gòu)辦公室,南寧 530023;3.廣西中醫(yī)藥大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院,南寧 530020)

      ·實驗研究·

      基于反向分子對接技術(shù)研究桂枝湯調(diào)和營衛(wèi)的潛在作用靶點

      施學(xué)麗1*,郭超峰2#,夏猛3

      (1.廣西中醫(yī)藥大學(xué)科技處,南寧530020;2.廣西中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院國家藥物臨床試驗機構(gòu)辦公室,南寧 530023;3.廣西中醫(yī)藥大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院,南寧 530020)

      目的:基于經(jīng)方的“方證相應(yīng)”關(guān)系和反向分子對接技術(shù)研究桂枝湯調(diào)和營衛(wèi)的潛在作用靶點。方法:通過文獻檢索獲得桂枝湯相關(guān)的活性成分,采用PharmMapper Server對活性成分進行反向分子對接,依據(jù)對接分?jǐn)?shù)排序發(fā)現(xiàn)桂枝湯的潛在受體,通過AutoDock Vina進行正向分子對接試驗考察配體與受體分子之間的親和力。然后選取75只大鼠隨機分為正常組、模型組和桂枝湯高、中、低劑量組(12、8、4 g/kg),每組15只,除正常組外的其余各組大鼠均復(fù)制營衛(wèi)不和模型;成模后,各組大鼠每天ig給藥1次,連續(xù)5 d;結(jié)束給藥后檢測大鼠脂肪組織和肌肉組織中11β-羥類固醇脫氫酶1型(11β-HSD1)表達水平。結(jié)果:對桂枝湯的活性成分進行反向分子對接發(fā)現(xiàn)11β-HSD1為頻繁出現(xiàn)的受體,正向?qū)釉囼炞C實烏拉爾甘草皂苷b、甘草次酸、生胃酮等活性成分與11β-HSD1有較高的親和力。動物實驗結(jié)果顯示,模型組大鼠脂肪組織和肌肉組織中11β-HSD1的表達水平較正常組大鼠升高(P<0.05);桂枝湯高劑量組大鼠脂肪組織和肌肉組織中11β-HSD1的表達水平較模型組降低(P<0.05)。結(jié)論:桂枝湯調(diào)和營衛(wèi)的機制與11β-HSD1有一定的相關(guān)性;應(yīng)用反向分子對接技術(shù)可以為“方證相應(yīng)”關(guān)系的研究提供一條可行的技術(shù)途徑。

      桂枝湯;反向分子對接;11β-羥類固醇脫氫酶1型;方證關(guān)系

      ABSTRACTOBJECTIVE:To study the potential targets of Guizhi decoction regulating Ying and Wei based on“correspondence between formulation and syndrome”relationship and reverse molecular docking technology.METHODS:Active ingredients related to Guizhi decoction were obtained by literature retrievals,and PharmMapper Server was used for reverse molecular docking for active ingredients.The potential receptors of Guizhi decoction were found on the basis of docking scores,then AutoDock Vina was conducted for positive molecular docking test to observe the affinity between the ligand and the receptor molecule.75 rats were randomly divided into normal group,model group,Guizhi decoction high-dose,medium-dose,low-dose groups(12,8,4 g/kg),15 in each group.Except for normal group,rats in other groups were induced for models with disharmony between Ying and Wei.After modeling,rats were intragastrically administrated once a day,for 5 d.After administration,11β-HSD1 expression levels in adipose tissue and muscle tissue of rats were detected.RESULTS:Reverse molecular docking for active ingredients of Guizhi decoction found that 11β-HSD1 was the frequent receptor,and positive docking test confirmed that uralsaponin b,glycyrrhetnic acid and carbenoxolone and so on had higher affinity with 11β-HSD1.Results of animal test showed,compared with normal group,11β-HSD1 expression levels in adipose tissue and muscle tissue in model group were increased(P<0.05);and compared with model group,11β-HSD1 expression levels in adipose tissue and muscle tissue in Guizhi decoction high-dose group were decreased(P<0.05).CONCLUSIONS:Guizhi decoction regulating Ying and Wei has certain correlation with 11β-HSD1,while the reverse molecular docking technology can provide a feasible technical way to study“correspondence between formulation and syndrome”relationship.

      KEYWORDSGuizhi decoction;Reverse molecular docking;11 β-HSD1;Relationship between formulation and syndrome

      中醫(yī)臨床實踐證實,經(jīng)方的方與證之間具有比較確定的對應(yīng)關(guān)系,對“方證相應(yīng)”關(guān)系的研究可以從兩方面進行:一方面是從“證”切入,以證為研究對象,從證的實質(zhì)、客觀化、標(biāo)準(zhǔn)化以及動物模型等方向進行;另一方面是從“方”的角度切入,以“方”(藥物)測“證”的研究思路進行。

      分子對接是依據(jù)配體與受體作用的“鎖-鑰原理”,模擬小分子配體與受體生物大分子相互識別的過程,主要包括靜電作用、氫鍵作用、疏水作用、范德華作用等。經(jīng)計算,可以預(yù)測兩者間的結(jié)合模式和親和力。通過分子對接為已知的疾病靶點篩選有效的化合物為正向分子對接技術(shù),常在疾病機制和靶點明確的情況下應(yīng)用,如通過分子對接研究淫羊藿中所含的雌激素樣作用成分[1]、葛根中所含有的改善胰島素抵抗的物質(zhì)成分[2]等。反過來,通過分子對接技術(shù)為已知的有效成分篩選作用靶點為反向分子對接技術(shù),即以小分子化合物(天然產(chǎn)物等化合物)為探針,在已知結(jié)構(gòu)的靶點數(shù)據(jù)庫內(nèi)搜尋可能與之結(jié)合的生物大分子,通過空間和能量匹配相互識別形成分子復(fù)合物,進而預(yù)測藥物潛在的作用靶點[3]。反向分子對接技術(shù)在中醫(yī)藥領(lǐng)域中常用來預(yù)測中藥有效成分的潛在靶點,如對丹參醇A、丹參酮ⅡB、異鼠李素等潛在作用靶點的研究[4-6]。

      應(yīng)用反向分子對接技術(shù)研究經(jīng)方的方證關(guān)系的文獻尚少。鑒于經(jīng)方的“證”研究困難度較大,筆者認為可以依據(jù)經(jīng)方的方證之間相對確定的對應(yīng)關(guān)系,從“方”(藥物)的研究角度出發(fā),運用反向分子對接技術(shù)篩選經(jīng)方所含活性成分的作用靶點,然后通過動物實驗來考察這些靶點與“證”的相關(guān)性,以之反推“證”的內(nèi)部發(fā)生機制,這不失為一條較好的研究途徑。在本研究中,筆者應(yīng)用反向分子對接技術(shù)篩選桂枝湯活性成分的作用靶點,又考慮到在臨床應(yīng)用中桂枝湯為治療營衛(wèi)不和的專方,所以通過復(fù)制營衛(wèi)不和大鼠模型來考察篩選出的靶點與桂枝湯的相關(guān)性,為進一步研究桂枝湯調(diào)和營衛(wèi)的藥效機制提供依據(jù)。

      1 材料

      1.1 儀器

      Multiskan MK3型酶標(biāo)儀(美國Thermo Labsystems公司);MIKRO 22R型低溫冷凍離心機(德國Hettich公司);VE-180型電泳儀、VE-186型轉(zhuǎn)膜儀(上海天能公司);610C型凝膠成像儀(北京賽智創(chuàng)業(yè)科技有限公司)。

      1.2 藥材與試劑

      桂枝湯組方中的藥材均購自廣西中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院;兔源11β-羥類固醇脫氫酶1型(11β-HSD1)抗體試劑盒(英國Abcam公司,批號:GR121826-9);磷酸甘油醛脫氫酶(GAPDH)、辣根過氧化物酶(HRP)標(biāo)記的山羊抗兔免疫球蛋白G(IgG)、HRP標(biāo)記的山羊抗小鼠IgG抗體(北京中山金橋生物技術(shù)有限公司,批號:16AF-0408、127760、124227);Super ECL Plus升級版超敏發(fā)光液(北京普利萊基因技術(shù)公司);Western及IP細胞裂解液(上海碧云天生物技術(shù)有限公司)。

      1.3 動物

      SPF級SD大鼠75只,♂,8周齡,體質(zhì)量240~250 g,購于北京華阜康生物科技股份有限公司(動物合格證號:11401300036171)。

      2 方法

      2.1 藥物制備

      取桂枝、白芍、甘草、生姜(切片)、大棗(剖開)按原方比例(9∶9∶6∶9∶9)混合,加入5倍蒸餾水浸泡60 min,快速加熱至沸騰,然后保持微沸狀態(tài)15 min,趁熱抽濾,收集濾液;剩余藥渣加入3倍蒸餾水,浸泡30 min,快速加熱至沸,微沸10 min,趁熱抽濾。合并2次濾液,水浴濃縮至含生藥量為1 g/mL的藥液,4℃儲存,備用。

      2.2 桂枝湯相關(guān)活性成分的文獻檢索

      桂枝湯活性成分相關(guān)文獻檢索截止到2016年。以“桂枝湯”和(或)“有效成分”“活性成分”“活性物質(zhì)”“藥效物質(zhì)”等術(shù)語組合為檢索主題詞,在中國知網(wǎng)上進行中文文獻檢索,共檢索得108篇文獻,其中有效文獻50篇;以“Guizhi Decoction”“Guizhi Tang”等為檢索詞,在PubMed上進行外文文獻檢索,共檢索得107篇文獻,剔除與中國知網(wǎng)重復(fù)的18篇有效文獻,得到有效文獻8篇。在此檢索基礎(chǔ)上參考《中藥大詞典》等資料,綜合篩選桂枝湯的活性成分。

      2.3 活性成分的反向分子對接與正向分子對接驗證試驗

      PharmMapper Server是反向分子對接的免費網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器,該服務(wù)器采用了藥效團匹配法,通過對Targetbank、Drugbank、Binding DB和PDTD四大數(shù)據(jù)庫進行快速檢索而獲得藥物靶點信息,內(nèi)含7 302個藥效團模型,涵蓋了110種臨床適應(yīng)證[7]。從PubChem上下載桂枝湯相關(guān)活性成分的標(biāo)準(zhǔn)延時格式文件(.sdf),然后將.sdf格式文件上傳到PharmMapper Server上進行反向分子對接。對PharmMapper Server篩選出的潛在靶點根據(jù)對接分?jǐn)?shù)進行排序。從蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(PBD)中下載潛在靶點的蛋白結(jié)構(gòu),去除自帶配體,加氫及修正處理,然后應(yīng)用PyRx 0.8軟件的AutoDock Vina模塊,參數(shù)采用默認值,以已知的潛在靶點抑制劑為參照進行驗證性的正向分子對接試驗。分子對接的配體蛋白質(zhì)復(fù)合體的三維結(jié)構(gòu)采用Pymol軟件進行分析。

      2.4 動物模型驗證實驗

      2.4.1 分組、造模與給藥 將大鼠適應(yīng)性喂養(yǎng)1周后,隨機分為5組,分別為正常組、模型組和桂枝湯高、中、低劑量組,每組15只。除正常組外,其余各組大鼠均采用改進的寒熱交替刺激法復(fù)制營衛(wèi)不和大鼠模型[8-9]:先將各組大鼠分次放入特制鐵絲籠中,每籠5只,將籠子放入-(20±1)℃冰柜中20 min,中間每隔10 min觀察1次。取出大鼠后,放常規(guī)飼養(yǎng)室[(25±1)℃]飼養(yǎng)。4 h后進行溫?zé)岽碳ぃ磳⒏鹘M大鼠分次放入鐵絲籠中,每籠5只,將籠子放入(40±1)℃恒溫箱中15 min,中間每隔5 min觀察1次。取出大鼠后繼續(xù)常規(guī)飼養(yǎng)。如此每天寒、熱交替刺激1次,連續(xù)6 d。以大鼠出現(xiàn)蜷縮、扎堆、發(fā)抖、背毛凌亂、汗出明顯等癥狀為造模成功標(biāo)志。造模后,桂枝湯高、中、低劑量組大鼠ig桂枝湯煎劑(中藥劑量按成人與大鼠折算系數(shù)為6.25,大鼠高、中、低劑量按成人劑量的3、2、1倍來計算,相當(dāng)于桂枝湯生藥量12、8、4 g/kg),正常組和模型組大鼠ig等體積蒸餾水,每天給藥1次,連續(xù)5 d。

      2.4.2 脂肪組織和肌肉組織中11β-HSD1蛋白表達測定 采用Western blot法測定脂肪組織和肌肉組織中11β-HSD1蛋白表達。提取脂肪組織和肌肉組織中的總蛋白,采用二喹啉甲酸(BCA)法測蛋白濃度,取蛋白進行十二烷基硫酸鈉聚丙烯酰胺凝膠電泳,然后轉(zhuǎn)聚偏氟乙烯(PVDF)膜上;TBST洗膜后,加入封閉液,室溫封閉1 h;去掉封閉液,用TBST洗3次,每次8 min;加入用3%胎牛血清(BSA)溶液稀釋的一抗溶液,4℃孵育過夜;去掉一抗溶液,用TBST洗3次,每次8 min;加入用3%BSA溶液稀釋的辣根酶標(biāo)記的二抗稀釋液,室溫孵育1 h;去掉二抗溶液,用TBST洗3次,每次8 min;化學(xué)發(fā)光、檢測。采用Image J軟件分析條帶灰度值,以目的條帶灰度值與內(nèi)參GAPDH條帶灰度值的比值表示目的蛋白的表達水平。

      2.5 統(tǒng)計學(xué)方法

      采用SPSS 23.0軟件進行統(tǒng)計分析。采用單因素方差分析,同時進行Levene方差齊性檢驗,當(dāng)方差齊時采用LSD檢驗或SNK檢驗進行兩兩比較;方差不齊時采用近似F檢驗Welch或Brown-Forsythe法進行分析,采用Dunnett’s T3檢驗或Dunnett’s C檢驗進行兩兩比較。P<0.05表示差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

      3 結(jié)果

      3.1 桂枝湯有效成分反向分子對接的作用靶點篩選與正向分子對接試驗驗證結(jié)果

      采用反向分子對接技術(shù)對文獻檢索后得到的與桂枝湯相關(guān)的104個活性成分進行潛在的作用靶點篩選,結(jié)果提示11β-HSD1是桂枝湯重要的潛在作用靶點。

      通過反向分子對接程序發(fā)現(xiàn)桂枝湯中74個活性成分(配體)與11β-HSD1(受體)具有親和性;依據(jù)對接分?jǐn)?shù)排序選擇排前6位的活性成分(以已知的11β-HSD1抑制劑生胃酮為參照)與11β-HSD1進行正向分子對接試驗,結(jié)果配體與受體分子間的親和力在-12.2~-9.8 kcal/mol之間(1 kcal=4.186 8 kJ)。親和力測定結(jié)果見表1,配體與受體對接后復(fù)合體的三維結(jié)構(gòu)見圖1。

      圖1中活性成分與11β-HSD1氨基酸殘基間的作用鍵主要為氫健。通過桂枝湯活性成分與11β-HSD1的相互作用分析發(fā)現(xiàn),烏拉爾甘草皂苷b與11β-HSD1作用的氨基酸殘基主要為 ILE46、GLY47、ASN119、SER170、LYS187、LEU215、THR220和 THR222;甘草次酸與 11 β-HSD1作用的氨基酸殘基主要為MET179;沒食子酰芍藥苷與11β-HSD1作用的氨基酸殘基主要為LYS44、ILE46、ASN119、SER170 和 LYS187;白樺脂酸與 11 β-HSD1作用的氨基酸殘基主要為THR220;麥珠子酸與11β-HSD1作用的氨基酸殘基主要為THR220;苯甲酰芍藥苷與11β-HSD1作用的氨基酸殘基主要為THR124、SER170、ALA172、TYR183、THR220和THR222。

      表1 桂枝湯活性成分與11β-HSD1的親和力測定結(jié)果Tab 1 Determination results of the affinity of active ingredients in Guizhi decoction and 11β-HSD1

      圖1 活性成分與11β-HSD1的配體對接后的復(fù)合體三維結(jié)構(gòu)圖Fig 1 Complex three-dimensional structure after the active ingredients docked with 11β-HSD1

      3.2 大鼠脂肪組織和肌肉組織中11β-HSD1蛋白表達的測定結(jié)果

      與正常組比較,模型組大鼠脂肪組織和肌肉組織中11β-HSD1蛋白水平均顯著升高(P<0.05)。與模型組比較,桂枝湯各劑量組大鼠脂肪組織中11β-HSD1蛋白水平均不同程度地降低,其中桂枝湯高劑量組差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05);桂枝湯高、中劑量組大鼠肌肉組織中11β-HSD1蛋白水平均不同程度地降低,其中桂枝湯高劑量組差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。蛋白表達電泳圖見圖2,測定結(jié)果見表2。

      4 討論

      圖2 各組大鼠脂肪組織、肌肉組織中11β-HSD1蛋白表達電泳圖Fig 2 Electrophoresis charts of 11β-HSD1 protein expression in adipose issue and muscle tissue of rats in each group

      表2 各組大鼠脂肪組織、肌肉組織中11β-HSD1蛋白表達測定結(jié)果(x±s,n=15)Tab 2 Determination results of the 11β-HSD1 protein expressions in adipose tissue and muscle tissue of rats in each group(x±s,n=15)

      11β-HSD1屬短鏈脫氫/還原酶蛋白超家族,廣泛存在于人體各組織中(包括脂肪組織及肝組織)。其在絕大部分的組織和完整細胞中主要以氧化還原酶的形式存在,因其可在糖皮質(zhì)激素受體前催化無活性的可的松轉(zhuǎn)化為有活性的氫化可的松,因此在組織水平上放大了局部糖皮質(zhì)激素的作用[10-11]。研究認為,11β-HSD1參與了代謝綜合征(如肥胖、胰島素抵抗、2型糖尿病、高血壓等)的病理生理環(huán)節(jié)[12]。通過抑制11β-HSD1活性可有效改善上述病癥,對11β-HSD1活性變化和調(diào)控機制的深入研究可能為代謝綜合征相關(guān)的中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病,如腦血管病、認知功能異常等的治療帶來新的突破。

      桂枝湯的藥效機制與11β-HSD1之間的相關(guān)性尚未見文獻報道。筆者通過反向分子對接技術(shù)發(fā)現(xiàn)11β-HSD1是桂枝湯的潛在靶點,通過動物實驗也發(fā)現(xiàn)營衛(wèi)不和模型大鼠脂肪組織和肌肉組織中11β-HSD1蛋白的表達與正常大鼠比較顯著增強,而高、中劑量桂枝湯給藥后可以下調(diào)營衛(wèi)不和模型大鼠脂肪組織和肌肉組織中11β-HSD1的表達,因而筆者認為營衛(wèi)不和的內(nèi)部發(fā)生機制與11β-HSD1表達具有關(guān)聯(lián)性。

      臨床濫用糖皮質(zhì)激素引起的癥狀符合營衛(wèi)不和的臨床表現(xiàn),用桂枝湯治療效果較好[13-14]。過量的糖皮質(zhì)激素參與了營衛(wèi)不和的形成,脂肪組織、肌肉組織內(nèi)的糖皮質(zhì)激素升高可以通過受體機制上調(diào)11β-HSD1的表達,而11β-HSD1的過度表達又加強了局部糖皮質(zhì)激素受體的激活。11β-HSD1的天然抑制劑有甘草酸、甘草次酸及其衍生物生胃酮[15-17]、膽汁酸[18]、黃酮/羥基黃酮[19]、大黃素[20]等。其中甘草酸及其衍生物生胃酮是11β-HSD1的非選擇性抑制劑。甘草酸可削弱糖皮質(zhì)激素對于胰島素的拮抗作用,導(dǎo)致肝對胰島素的敏感性增加;生胃酮可以降低肝內(nèi)氫化可的松的濃度,增加胰島素的敏感性。而甘草次酸等11β-HSD1抑制劑為桂枝湯所含有效成分,從活性成分方面也佐證了11β-HSD1與營衛(wèi)不和的相關(guān)性。

      以上研究也提示,雖然桂枝湯組方簡單,但其活性成分卻十分復(fù)雜。有研究發(fā)現(xiàn),僅桂枝湯揮發(fā)油中檢測出的化學(xué)成分就達70多個[21]。復(fù)雜的活性成分給篩選桂枝湯的有效作用靶點造成了很大困難,而反向分子對接技術(shù)可以為我們提供新的高效篩選手段,為經(jīng)方“方證相應(yīng)”關(guān)系的研究提供了一條可行的技術(shù)途徑,對中藥復(fù)方的藥效機制研究也具有較大的借鑒意義。

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      Study on the Potential Targets of Guizhi Decoction Regulating Ying and Wei Based on Reverse Molecular Docking Technology

      SHI Xueli1,GUO Chaofeng2,XIA Meng3
      (1.Dept.Science and Technology,Guangxi University of Chinese Medicine,Nanning 530020,China;2.National Drug Clinical Trials Office,the First Affiliated Hospital of Guangxi University of Chinese Medicine,Nanning 530023,China;3.College of Basic Medicine,Guangxi University of Chinese Medicine,Nanning 530020,China)

      R285

      A

      1001-0408(2017)25-3479-05

      2017-04-28

      2017-06-15)

      (編輯:林 靜)

      DOI10.6039/j.issn.1001-0408.2017.25.07

      國家自然科學(xué)基金資助項目(No.81360514);廣西壯族自治區(qū)衛(wèi)生廳中醫(yī)藥普通課題(No.GZPT13-15);廣西壯族自治區(qū)教育廳高??蒲许椖浚∟o.YB2014180)

      *副教授,碩士生導(dǎo)師。研究方向:中醫(yī)藥防治情志病。電話:0771-4733953。E-mail:shi.lily@163.com

      #通信作者:副教授,碩士生導(dǎo)師。研究方向:中醫(yī)經(jīng)方理論與應(yīng)用。電話:0771-5848765。E-mail:guochaofeng96@163.com

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