基于苗药发现抗AD的潜在活性小分子

潘大波 张永豪 禄梦 龙治峰

摘要：目的：运用分子对接技术发现苗药中潜在的抗阿尔茨海默病（Alzheimer's disease， AD）活性小分子。方法：查阅文献获得抗AD的中药库，与苗药库叠合获得抗AD的苗药。从TCMSP下载抗AD的苗药化学成分构建抗AD苗药化学成分库。GeneCard数据库获得AD相关靶標构建AD靶标库，运用Autodock vina将抗AD苗药化学成分库与AD靶标库进行分子对接，筛选具有抗AD潜力的活性小分子。结果：从文献中获得174种抗AD中药，其中苗药47种，TCMSP收载31种共2107个化学成分，类药性高的化学成分392个。GeneCard中Relevance score排名前100的AD靶标共21个存在受体-配体复合物。分子对接显示与AD靶标对接打分优于-7.5 kcal/mol的化学成分3176个，化学成分MOL002659、MOL000546、MOL013352和MOL006824与多个靶标的亲和力最强。结论：化学成分MOL002659、MOL000546、MOL013352和MOL006824是抗AD的潜在活性小分子。

关键词：苗药;阿尔茨海默病;分子对接

AD是一种神经退行性疾病，全球约有AD患者5000万人，每年新增病例1000万，预计到2050年，AD患者将增加两倍。AD患者的护理给家庭和社会带来巨大的压力，然而，目前没有有效地缓解AD发病机制的药物，仅仅是一些缓解症状的药物，如乙酰胆碱酯酶抑制剂石杉碱甲。开发新的治疗AD的药物迫在眉睫。

中药在医疗保健过程中发挥着重要的作用，特别是益智类的中药，对预防和治疗AD具有重要的意义。目前，用于治疗AD的药物石杉碱甲、加兰他敏均是中药的化学成分，因此，从中药、民族药中挖掘活性小分子是寻找治疗AD药物的有效方法。苗药是苗族人民长期与疾病作斗争的智慧结晶，从苗药中发现治疗AD的潜在活性小分子是一种有效途径。本论文通过构建抗AD苗药化学成分库和AD靶标库，采用分子对接技术发现具有潜在抗AD的活性小分子，为发现抗AD药物提供具有参考价值的先导化合物。

1方法

1.1 抗AD苗药筛选

文献调研筛选出抗AD的中药，从《中华本草苗药卷》中提取收载的苗药构建苗药库，将抗AD的中药映射到苗药库获得抗AD的苗药。

1.2 抗AD苗药化学成分库构建

从TCMSP数据库[1]筛选出抗AD苗药的化学成分，选取类药性值（DL）≥ 0.18，口服利用度（OB）≥ 30%的化学成分构建抗AD苗药化学成分库。

1.3 AD相关疾病靶标筛选

运用“Alzheimer's disease”在GeneCard数据库中检索获得AD相关靶标，选取Relevance score排名前100的AD靶标，运用 Uniprot、Protein Data Bank等数据库获取靶标-配体三维结构，根据配体位置定义受体活性位点，构建AD相关疾病虚拟筛选靶标库。

1.4 分子对接

运用Autodock vina软件[2]将抗AD苗药化学成分库的配体逐一对接到AD相关疾病虚拟筛选靶标库中。

2结果

2.1 抗AD的苗药及化学成分库

目前报道的抗AD中药174味[3];《中华本草苗药卷》收载的苗药391味。将抗AD中药叠合到391味苗药中，得到47味抗AD的苗药。运用TCMSP查询，获得31味苗药的化学成分（表1）;共2107个化学成分，其中满足DL≥ 0.18、OB≥ 30%的化学成分392个，即将这392个化学成分作为抗AD苗药的化学成分库。

2.2 AD疾病虚拟筛选靶标库

从GeneCard检索到AD相关靶标10698个。Relevance score排名前100的靶标，目前，报道配体-受体复合物的靶标21个（表2），如PSEN1、APOE和NOS3等。

2.3 分子对接分析

分子对接显示，AD苗药化学成分库与AD相关疾病虚拟筛选靶标库对接亲和力优于-7.5 kcal/mol的化学成分-靶标复合物3176个，其中与TTR、PINK1、GBE1、GAA、MFN2、APOE、NOS3、SOD1、BACE1、PSEN1、TNF、PLAU、NPC1、CRP、UCHL1、PSAP、IL1B、ATP7B、PARK7、ACE和MTHFR对接打分优于-7.5 kcal/mol的化学成分分别为22、23、143、165、147、25、360、127、261、310、204、238、325、2、61、1、120、0、3、351和288个。选取每个靶标及打分最高的化学成分如图1所示，TTR与MOL002659的对接打分为-8.5 kcal/mol，PINK1与MOL001458的对接打分为-9.0 kcal/mol。为了进一步考察靶标与化学成分之间的相互作用，从图1中我们选取了打分最高的6组进行分析（图2）。

从图2A可以看出，MOL00546很好地嵌入NPC1的活性口袋中，MOL00546与Asn41形成氢键、与Phe108形成π-π堆积相互作用。在ACE体系中，MOL002659与Thr144、Asp140、Cys348、Gln355和Arg350形成5个氢键（图2B）。MOL010425与Gln247形成氢键，与Trp447形成π-π堆积相互作用（图2C）。NOS3的Thr329与MOL010425形成1个氢键，与Tyr71形成π-π堆积相互作用（图2D）。MOL002659嵌入PSEN1的活性口袋中，MOL002659疏水部分与Leu286、Ile287和Leu268等疏水基团形成疏水相互作用（图2E）。MOL005869与TNF有非常好的几何匹配，MOL005869的疏水末端插入TNF的疏水空腔中，与Tyr形成π-π堆积相互作用（图2F）。

3结论

AD的发病机制复杂，存在多种学说，如胆碱能学说、炎症反应、Tau蛋白学说等。31味抗AD苗药中含有392个类药性高的化学成分，化学成分MOL002659与TTR、PSEN1、ACE的结合亲和力最高，MOL000546与NPC1和GBE1;MOL013352与UCHL1和IL1B;MOL006824与PSAP和ATP7B的作用最强。因此，MOL002659、MOL000546、MOL013352和MOL006824是潜在的抗AD小分子。

参考文献

[1]RU J， LI P， WANG J， et al.TCMSP： a database of systems pharmacology for drug discovery from herbal medicines[J].J Cheminform， 2014（6）：13.

[2]Oleg，Trott，Arthur J，Olson.AutoDock Vina： improving the speed and accuracy of docking with a new scoring function， efficient optimization， and multithreading.[J].Journal of computational chemistry，2010，31（2）：455-461.

[3]刘禹.中药治疗阿尔茨海默病的文献研究[D].通辽：内蒙古民族大学，2020.