基于分子對接的獨活寄生湯治痿和治痹藥效物質基礎研究

鄭春松+嚴培晶+付長龍+葉蕻芝+吳廣文+李西海+劉獻祥

【摘 要】目的：探索獨活寄生湯治痿和治痹的藥效物質基礎。方法：構建獨活寄生湯化學成分分子數據庫，運用分子對接技術，探討其與軟骨退變靶點基質金屬蛋白酶-13（MMP-13）、炎癥靶點環氧化酶-2（COX-2）受體的相互作用。結果：獨活寄生湯的藥效物質基礎含有25個化合物，主要為苷類、黃酮類化合物，其中，16個化合物能與MMP-13有較好的作用，14個化合物能與COX-2有較好的作用，5個化合物對MMP-13和COX-2均有作用效應。結論：獨活寄生湯可通過MMP-13和COX-2的有效成分群分別起到治痿、治痹或痿痹同治的作用，為其在骨關節炎中的臨床運用提供新依據。

【關鍵詞】 骨關節炎；獨活寄生湯；治痿；治痹；藥效物質基礎；分子對接

Molecular Docking Research on Pharmacodynamic Material Basis of Duhuo Jisheng Tang（獨活寄生湯）Treating Flaccidity and Bi

ZHENG Chun-song，YAN Pei-jing，FU Chang-long，YE Hong-zhi，WU Guang-wen，LI Xi-hai，LIU Xian-xiang

【ABSTRACT】Objective：To explore the pharmacodynamic material basis of Duhuo Jisheng Tang（獨活

寄生湯）treating flaccidity and Bi.Methods：A molecular database of the chemical constituents of Duhuo Jisheng

Tang was established.Molecular docking technology was used to explore its interaction with MMP-13 and COX-2.Results：The material basis for the efficacy of Duhuo Jisheng Tang contained 25 compounds，mainly including glycosides and flavonoids，among which 16 compounds could have a better interaction with MMP-13，

14 compounds could have a better interaction with COX-2，and 5 compounds had interactions with MMP-13 and COX-2.Conclusion：Duhuo Jisheng Tang treats flaccidity and bi by effective components of MMP-13 and COX-2，

which can provide a new basis for its clinical use in osteoarthritis.

【Keywords】 osteoarthritis；Duhuo Jisheng Tang（獨活寄生湯）；treating flaccidity；treating bi；pharmacodynamic

material basis；molecular docking

骨關節炎（osteoarthritis，OA）屬中醫學“骨痹”“膝痹”范疇，中醫藥及其相關治療方法已經成為國內治療OA的主要手段[1]。筆者前期課題組基于陳可冀學術思想之骨關節炎研究，提出了本痿標痹為OA的核心病機，開展了基于本痿標痹核心病機的OA系列研究，形成了從本治痿、從標治痹的OA治療理念，該成果獲2015年福建省科學技術進步獎一等獎[2]。但是，具體的治痿、治痹藥效物質基礎研究甚少。

獨活寄生湯出自唐代醫家孫思邈的《備急千金要方》，由獨活、桑寄生、牛膝和細辛等組成，既能祛風濕、止痹痛，又能益肝腎和補氣血[3]，臨床上可用于治療OA的痹證和痿證[4]，已被實驗證實其具有抗炎鎮痛和延緩關節軟骨退變的作

用[5-6]。為此，筆者以獨活寄生湯為研究對象，借助計算機模擬之分子對接方法[7-9]，尋找獨活寄生湯中治痹和治痿療效發揮的物質基礎，從分子層面為OA“本痿標痹”核心病機的中藥治療提供理論支持，也為名方的二次開發和OA的精準治療提供新依據。

1 材料與設備

1.1 實驗材料 獨活寄生湯分子集；OA治痹、治痿靶標。

1.2 實驗設備 使用北京大學化學與分子工程學院計算機模擬實驗室的Discovery Studio（DS）軟件進行計算，該軟件的運行環境：DS 2.0圖形工作站和Microsoft Windows XP Professional，SP 2操作系統。計算模擬過程中所用的參數除非特別指明，否則，均為缺省值。

2 方 法

2.1 獨活寄生湯分子數據庫的建立 從北京大學中草藥有效成分三維結構數據庫、中藥原植物化學成分手冊和文獻[10-12]，檢索獨活寄生湯組成藥物（獨活、桑寄生、牛膝、細辛、秦艽、茯苓、肉桂、防風、川芎、當歸、地黃、杜仲、人參、白芍和甘草）的化學成分（包括代謝成分），經過排重，共計566個中藥化學成分。利用美國MDL信息系統公司的ISIS/DRAW 2.5軟件繪制其二維結構，輸出為mol格式文件。在DS 2.0上加氫，轉化為三維結構，應用Ligand Minimination模塊對化學成分三維結構進行默克公司開發的分子力場（MMFF）優化，保存為sd文件（DHJSD-bank.sd），建立獨活寄生湯分子數據庫。

2.2 治痹、治痿靶標的選擇 根據OA的發病機制[13-16]、治療靶數據庫（TTD）[17]、軟骨退變臨床表現為痿、骨質增生臨床表現為痹[2]，確定與抗炎鎮痛密切相關的治痹靶標環氧化酶-2（COX-2），以及與延緩軟骨退變密切相關的治痿靶標基質金屬蛋白酶-13（MMP-13）。在RCSB Protein Data Bank上[18]，下載COX-2和MMP-13

的蛋白質晶體結構，其代碼分別為3MQE和3I7I，見圖1。

2.3 分子對接 獨活寄生湯分子集配體與OA靶標的對接工作在DS 2.0中的LigandFit模塊進

行[19-20]。對接中，蛋白結構去溶劑、去配體、加氫處理后，以其所含的活性原配體來確定活性位

點；在“Input Ligands”中輸入DHJSD-bank.sd文件。使用蒙特卡羅方法對獨活寄生湯化學成分配體進行構象采樣、Dreiding力場下進行打分，保留得分最高的構象。對對接成功配體化合物的DOCK-SCORE進行排序[9]，尋找比原配體DOCK-SCORE高的化合物，視為獨活寄生湯的藥效成

分[21-22]，從而得到獨活寄生湯中治痹和治痿藥效物質基礎。

3 結 果

3.1 基于MMP-13和COX-2的分子對接 在DS的Ligandfit模塊中，遵循能量互補、幾何互補以及化學環境互補等原則，得到各自最佳的DOCK-SCORE。以已知的配體抑制劑DOCK-SCORE為閾值，發現獨活寄生湯潛在的活性成分25個，其中，與MMP-13結合較好的化合物16個，分別為異洋丁香酚苷、新異甘草苷、甘草寧E、朝鮮連翹苷、烏拉爾寧、異芒果花苷、異甘草苷、葉酸、烏拉爾醇-3-甲基醚、烏拉爾醇、綠原酸甲酯、西北甘草異黃酮、綠原酸、烏拉爾甘草皂苷B、烏拉爾甘草皂苷A和4'-O-甲基光甘草定；與COX-2結合較好的化合物14個，分別為新西蘭牡荊苷Ⅱ、烏拉爾寧、異槲皮苷、烏拉爾醇-3-甲基醚、烏拉爾醇、異甘草黃酮醇、京尼平苷酸、甘草香豆精、烏拉爾甘草皂苷A、烏拉爾甘草皂苷B、芍藥苷、芍藥吉酮、烏拉爾甘草皂苷A甲基正丁酯和3'-甲氧基光甘草定。

3.2 獨活寄生湯化學成分治痿和治痹的綜合評價 以比原配體DOCK-SCORE高的化合物視為獨活寄生湯的藥效物質基礎。以MMP-13為靶點的治痿藥效物質基礎與以COX-2為靶點的治痹藥效物質基礎主要由苷類、黃酮類成分組成。其中，有5個化合物能同時作用MMP-13和COX-2，但有11個化合物僅能跟MMP-13存在作用效應，有9個化合物僅能跟COX-2存在作用效應。說明獨活寄生湯藥效物質基礎在一定程度上顯示出治痿和治痹既有各自獨立的藥效成分，又有共同的藥效成分。獨活寄生湯化學成分治痿和治痹的綜合評價見表1。

4 討 論

目前，國內科研人員常采用活性追蹤分離法從中藥中篩選活性化合物；但往往分離到的物質越

純，其藥效活性越弱，難以追蹤到藥效物質，相應的作用靶點也難以闡明[23]。近年來，隨著結構生物學、系統生物學、計算化學及分子模擬等學科的發展，開展計算機輔助藥物設計（CADD），已經成為一種國際上熱點的研究領域。其方法已被國內外許多制藥公司、研究機構用于新藥、中藥的研究與開發，并取得了極大的成功[24-25]。其中，CADD中的分子對接，是中藥復方藥效物質基礎的高效快速虛擬篩選最常見的技術之一[26-27]。因此，本文將分子對接方法用于獨活寄生湯復方藥效物質基礎的研究。

OA是以關節軟骨的變性、破壞及骨質增生為特征的一種慢性關節病，是導致中老年人疼痛和殘疾的最常見原因[28]。其治療目的是緩解關節疼痛，改善功能并重建受損的軟骨及骨的結構。其中，緩解關節疼痛常用COX-2抑制劑，其作用機制是通過抑制COX-2的活性，阻斷花生四烯酸和緩激肽等致痛物質的代謝，防止血管性前列腺素的合成達到抗炎鎮痛的作用[29]。另外，已有研究表明，OA軟骨細胞外基質的降解超過其合成，導致軟骨基質凈含量的降低，進而造成關節軟骨的部分甚至完全損耗，是關節軟骨破壞的主要病理表現[30]。而MMP-13可使Ⅱ型膠原變性裂解，對關節軟骨細胞外基質具有降解作用，引起關節軟骨腫脹，抗外力作用下降，最終導致關節軟骨進行性破壞[31]。因此，COX-2和MMP-13已成為緩解疼痛和延緩軟骨退變的重要靶點。

筆者課題組認為，OA以關節軟骨退變為原發、骨質增生為繼發的病理特點，關節軟骨退變臨床表現為痿，骨質增生臨床表現為痹，本痿標痹為OA的核心病機[2]。治療上應本著整體觀念和病證結合的原則，客觀地辨證分析。從本治痿，從標治痹，急則治痹痛，緩則治痿證，久則痿痹同治。這里的治痹、治痿與緩解疼痛、延緩軟骨退變相互對應起來。而且，從中醫角度看，OA的“本痿標痹”是以肝腎虧虛為本，以風寒濕為標[32]。說明祛風濕、益肝腎作為治療OA的根本法則，且具有祛風濕、止痹痛、益肝腎和補氣血功效的獨活寄生湯可起到治痿和治痹的作用。王愛武等[33]進行了獨活寄生湯抗炎、鎮痛的藥效學研究，進一步證實了其治痹作用。原巧寧等[34]進行獨活寄生湯治療大鼠膝OA軟骨病理學分析，證實了其能延緩關節軟骨的退行性病變，即具有治痿作用。因此，筆者分別以MMP-13和COX-2為治痿、治痹靶點，以獨活寄生湯為研究對象，借助分子對接平臺，開展其治痿和治痹的藥效物質基礎研究。

本實驗研究發現，獨活寄生湯中黃酮類（烏拉爾寧、甘草寧E等）、苷類（新異甘草苷、異甘草苷等）、有機酸類（葉酸和綠原酸）等化合物可能通過抑制MMP-13活性達到延緩軟骨退變治痿的目的；黃酮類（異槲皮苷、異甘草黃酮醇等）、苷類（新異甘草苷、異甘草苷等）、有機酸類（京尼平苷酸）等化合物可能通過抑制COX-2活性達到抗炎治痹的目的。文獻已報道，葉酸可以降低MMPs的活性，綠原酸對高強度跳躍運動引發的膝關節軟骨損傷具有一定的保護作用，異槲皮苷和京尼平苷酸具有抗炎的作用等[35-38]。提示獨活寄生湯治痿和治痹的藥效物質基礎均是有效成分群。由于中藥具有多靶點的作用特點[21]，本研究也發現烏拉爾寧、烏拉爾醇-3-甲基醚、烏拉爾醇、烏拉爾甘草皂苷A和烏拉爾甘草皂苷B既能作用于COX-2，又能作用于MMP-13。這些潛在的“混雜藥物”顯示出獨活寄生湯痿、痹同治的特點。上述為獨活寄生湯治療OA提供了依據。

總之，分子對接的方法用于獨活寄生湯治痿和治痹的藥效物質基礎研究是一個有益的嘗試。如何在這方面進行更廣、更深的研究，如構建治痿和治痹的中藥治療網絡等，是未來值得我們思索的問題。相信CADD之分子對接有助于推動OA的中藥現代化進程。

5 參考文獻

[1] 陳衛衡.探索建立系統的膝骨關節炎中醫臨床科研范式和理論體系[J].中醫正骨，2015，27（7）：1-3.

[2] 劉獻祥.基于陳可冀學術思想之骨性關節炎研究[J].康復學報，2016，26（1）：2-5.

[3] 頓寶生，周永生.方劑學[M].北京：中國中醫藥出版社，2006：365-366.

[4] 鄭春松，付長龍，葉蕻芝，等.獨活寄生湯在骨傷科的臨床應用與實驗研究進展[J].風濕病與關節炎，2015，4（12）：62-66.

[5] 鄭春松，葉蕻芝，李西海，等.獨活寄生湯含藥血清對白細胞介素1β誘導的退變關節軟骨細胞中基質金屬蛋白酶和環氧化酶2表達的影響[J].中醫正骨，2015，27（12）：1-6.

[6] 吳廣文，王武煉，潘彩彬，等.獨活寄生湯含藥血清對大鼠退變軟骨細胞線粒體凋亡通路的影響[J].風濕病與關節炎，2014，3（10）：5-9.

[7] 鄭春松，葉蕻芝，李西海，等.透骨消痛膠囊中補腎柔肝藥和活血祛風藥治療骨關節炎作用方式的計算機模擬比較[J].中醫正骨，2015，27（7）：6-10.

[8] Zheng CS，Fu CL，Pan CB，et al.Deciphering the underlying mechanisms of Diesun Miaofang in traumatic injury from a systems pharmacology perspective[J].Mol Med Rep，2015，12（2）：1769-1776.

[9] 鄭春松，徐筱杰，葉蕻芝，等.兩種治法方藥治療骨性關節炎的計算機模擬比較研究[J].中國中西醫結合雜志，2014，34（4）：480-485.

[10] 周家駒，謝桂榮，嚴新建.中藥原植物化學成分手

冊[M].北京：化工工業出版社，2004：1165-1211.

[11] Qiao X，Hou T，Zhang W，et al.A 3D structure database of components from Chinese traditional medicinal herbs[J].

J Chem Inf Comput Sci，2002，42（3）：481-489.

[12] Zheng CS，Xu XJ，Ye HZ，et al.Computational approaches for exploring the potential synergism and polypharmacology of Duhuo Jisheng Decoction in the therapy of osteoarthritis[J].Mol Med Rep，2013，7（6）：1812-1818.

[13] 梅陽陽，付長龍，龐書勤，等.補肝腎祛風濕法治療骨關節炎的相關機制探討[J].風濕病與關節炎，2016，5（5）：51-54.

[14] 杜國慶，丁道芳，李玲慧，等.骨關節炎軟骨退變基因調控的研究進展[J].中國矯形外科雜志，2013，21（11）：1089-1093.

[15] 阮佳莉，田京.金屬蛋白酶在骨關節炎表達的研究進展[J].中國骨質疏松雜志，2013，19（7）：748-754.

[16] 薛森海，王治倫，楊浩杰.基質金屬蛋白酶及細胞因子在骨關節炎發病機制中的研究[J].中國地方病防治雜志，2007，22（6）：420-423.

[17] Zhu F，Shi Z，Qin C，et al.Therapeutic target database update 2012：a resource for facilitating target-oriented drug discovery[J].Nucleic Acids Res，2012，40（Database issue）：D1128-1136.

[18] Deshpande N，Addess KJ，Bluhm WF，et al.The RCSB Protein Data Bank：a redesigned query system and relational database based on the mmCIF schema[J].Nucleic Acids Res，2005，33（Database issue）：D233-237.

[19] Montes M，Braud E，Miteva MA，et al.Receptor-based viral ligand screening for the identification of novel CDC25 phosphatase inhibitors[J].J Chem Inf Model，2008，48（1）：157-165.

（下轉第21頁）

（上接第11頁）

[20] Zheng C，Qiu M，Xu X，et al.Understanding the diverse functions of Huatan Tongluo Fang on rheumatoid arthritis from a pharmacological perspective[J].Exp Ther Med ，2016 ，12（1）：87-94.

[21] 鄭春松，徐筱杰，葉蕻芝，等.青風藤治療骨性關節炎藥效物質基礎多靶導向作用的計算機模擬研

究[J].中國中西醫結合雜志，2012，32（3）：375-379.

[22] 鄭春松，林潔，付長龍，等.基于計算機模擬烏頭湯治療疼痛的藥效物質基礎與分子作用機制[J].康復學報，2016，26（1）：33-37.

[23] Xu XJ.New concepts and approaches for drug discovery based on traditional Chinese medicine[J].Drug Discov Today Technol，2006，3（3）：247-253.

[24] 徐筱杰，侯廷軍，喬學斌，等.計算機輔助藥物分子設計[M].北京：化學工業出版社，2004：11-15.

[25] 龍偉，劉培勛.CADD技術在中藥及復方研究中的應用探討[J].世界科學技術—中醫藥現代化，2007，9（6）：22-24.

[26] 楊文宇，萬德光，楊鑫嵎.虛擬篩選輔助揭示中藥藥效物質基礎的思路與初步實踐[J].中草藥，2011，42（9）：1665-1672.

[27] 任潔，魏靜.分子對接技術在中藥研究中的應用[J].中國中醫藥信息雜志，2014，21（1）：123-125.

[28] 區廣鵬，肖軍，鄭佐勇，等.老年膝關節骨性關節炎患病危險因素的調查[J].中國組織工程研究，2012，16（50）：9463-9470.

[29] 魯玉來，魯雯，燕好軍，等.骨關節炎的藥物治療[J].中國矯形外科雜志，2002，10（14）：1425-1427.

[30] 李萍，馬燕紅.基質金屬蛋白酶在骨關節炎中的作

用[J].中國康復，2013，28（3）：218-222.

[31] 項衛衛，魏波，譚宏昌.Ⅱ型膠原分解產物與骨關節炎軟骨退變的研究現狀[J].廣東醫學院學報，2010，28（5）：575-576.

[32] Zhang EQ.Bi Syndrome（Arthralgia Syndrome）[J].J Tradit Chin Med，2010，30（2）：145-152.

[33] 王愛武，劉婭，雒琪，等.獨活寄生湯抗炎、鎮痛作用的藥效學研究[J].中國實驗方劑學雜志，2008，14（12）：61-64.

[34] 原巧寧，梁淑芬，牛潔，等.獨活寄生湯治療大鼠膝骨性關節炎軟骨病理學分析[J].山西中醫，2015，31（4）：51-53.

[35] Guo H，Lee JD，Uzui H，et al.Effects of folic acid and magnesium on the production of homocysteine-induced extracellular matrix metalloproteinase-2 in cultured rat vascular smooth muscle cells[J].Circ J，2006，70（1）：141-146.

[36] 張彥秋，王春生，張永濤，等.綠原酸對高強度運動引起的膝關節軟骨損傷的保護作用[J].西安交通大學學報（醫學版），2016，37（1）：139-143.

[37] Lee S，Park HS，Notsu Y，et al.Effects of hyperin，isoquercitrin and quercetin on lipopolysaccharide-induced nitrite production in rat peritoneal macrophages[J].Phytother Res，2008，22（11）：1552-1556.

[38] 史卉妍，何鑫，歐陽冬生，等.京尼平苷及其衍生物的藥效學研究進展[J].中國藥學雜志，2006，41（1）：4-6.

收稿日期：2016-09-12；修回日期：2016-11-16