基于三维药效团的活血化瘀中药虚拟筛选方法学研究

摘要

基于三维药效团的活血化瘀中药虚拟筛选方法学研究中药是组成方剂的基本单位，是中医临床防治疾病的主要物质基础，具有多成分、多靶点、多途径整合的特点。科学阐释中药活性的物质基础和作用机理是开发安全有效、稳定可控的现代中药的基础，是揭示中药理论科学内涵、指导临床合理用药的前提，是中药现代化的关键所在。然而，目前中药活性评价、有效成分筛选实验周期长、成本高，漏筛现象较为普遍。 随着计算机技术的发展，信息技术为医药科学研究提供了许多新的方法和手段，加速了药物发现过程，减少了寻找新药的盲目性和偶然性，为药物学家提供了理论思维形象化的表示，使药物研究方便快捷、直观形象、有的放矢。三维药效团构建方法是信息技术在药物研究领域的重要内容之一。 药效团(pharmacophore)是指药物分子与受体结合或作用时起主要作用的原子或基团组合。在此基础上增加这些原子或基团的空间距离限制就构成了三维药效团(3D-pharmacophore)。利用三维药效团作为提问结构，结合三维数据库搜索方法，发现先导化合物、预测其活性、揭示药物作用机理、开展全新药物设计等研究是生命科学领域的热点之一。目前已有研究主要集中在合成药物和农药领域，较少涉及中药。 现代研究显示，中药在防治心脑血管疾病方面具有独特的疗效，其基本药理作用表现为改善微循环、改善血流动力学、改善血液流变学和抗血栓形成、抑制组织异常增生、抑制炎症等方面，涉及到多种心血管受体。其中，ACE(AngiotensinConvertEnzyme，血管紧张素转化酶)受体、AngⅡ(AngiotensinⅡ，血管紧张素Ⅱ)受体、PAF(PlateletActivatingFactor，血小板激活因子)受体以及5-HT(5-羟色胺)受体结构明确，具有广泛的生理活性，通过多种机制调节血管舒缩功能和血液的流动性，并有致炎、致血栓等作用，与活血化瘀类中药药理作用的多个环节相关，是进行药物信息学研究的良好载体。 本文以ACE、AngⅡ、PAF、5-HT2A受体拮抗剂为研究载体，构建其三维药效团模型，结合中药化学成分数据库搜索，获得符合活血化瘀药效团模型的中药药效物质，进而开展基于三维药效团的中药虚拟筛选方法学探索。本文研究主要有以下三个方面： 1、中药有效成分定量构效关系研究3D-QSAR(three-DimensionalQualityStructure-ActivityRelationship)是研究药物与受体间的相互作用、模拟配体与受体结合特征，建立药物结构与活性的关系表达式，是进行药物设计的有力工具。本文分别利用CoMFA(ComparativeMolecularFieldAnalysis，比较分子场分析)及CoMSIA(ComparativeMolecularSimilarityIndicesAnalysis，比较分子相似指数分析)方法，建立了一组具有透皮吸收活性酚类小分子的结构与药效之间的模型，烷基取代苯、氯代苯和多环芳烃等三类结构相近的化合物在甲醇/水体系反相C18柱上色谱保留时间参数的3D-QSAR模型，以及一组黄酮类化合物在HPLC(HighPerformanceLiquidChromatography)色谱柱上的保留时间和结构的QSRR模型，探讨了预测化合物活性及色谱保留时间预测的新方法，为基于三维药效团叠合的定量构效关系研究奠定了基础。 2、三维药效团构建方法学研究通过对已知确有药效的一系列化合物进行计算机模拟，构建了ACE、AngⅡ、PAF、5-HT2A受体拮抗剂的三维药效团模型：ACE受体拮抗剂药效团模型含有一个氢键受体，一个氢键给体，一个疏水基团，一个负电离子化基团；AngⅡ受体拮抗剂药效团模型含有一个氢键受体基团，三个疏水基团，和一个负电离子化基团；PAF受体拮抗剂药效团模型含有两个氢键受体，一个疏水基团，一个正电离子化基团；5-HT2A受体拮抗剂含有两个氢键受体，一个疏水基团，一个正电离子化基团。模型对活性化合物的预测值与实验值的拟合系数较高，具有较好的预测能力。 本文利用药效团模型对中药数据库进行了三维数据库搜寻，所得结果含有已报道的具有相应受体拮抗活性的中药活性成分，从而对药效团模型进行了验证和优化；并从训练集化合物的选择、药效团特征的选择以及模型构建方法、药效团评价及优化等多个环节，初步完善了药效团构建和评判方法，为有指导的中药筛选提供了指导，为中药新药研发提供新的思路。 3、活血化瘀中药虚拟筛选方法学研究利用ACE、AngⅡ、PAF、以及5-HT2A受体拮抗剂药效团与数据库中的化合物的多个构象匹配，通过柔性搜索方法，得到能够与药效团匹配的化合物，预测其活性；分析搜索结果，探讨阐释活血化瘀中药及方剂的物质基础和作用机制、中药药性的科学内涵。初步建立了基于三维药效团的活血化瘀中药虚拟筛选方法；并通过将药效团构建方法学和中药虚拟筛选方法学有机的结合，探讨建立基于三维药效团的中药虚拟筛选平台。为中药新药研发、有指导的中药筛选提供支持，为在分子层次揭示中药基础理论的科学内涵提供了方法学基础。 结论本文完善了药效团的构建方法，结合三维数据库搜索，进行了基于三维药效团的中药虚拟筛选方法及平台的探索性研究。研究结果初步表明，药效团方法不仅可以用来解释中药活性的物质基础和作用机理，还可以用来发现中药化学成分的活性以指导临床合理用药，为有指导的中药筛选提供基础。 本文运用中药学、生物学和信息学的研究方法，建立基于三维药效团的中药虚拟筛选方法，探讨中药传统功效、有效成分、现代药理三类信息的连接及整合，为阐释活血化瘀中药作用机理和新药筛选提供指导。基于三维药效团的中药虚拟筛选方法，是还原论、整体论、系统论知识和方法在中药研究中的有机结合点，是将中药有效部位群、单体化合物的活性回归到中药或复方整体疗效的有效途径，为中药的理论现代化奠定了方法学基础。本项研究的完成为现代中药学的构建提供理论依据，为中药新药开发提供了有指导、快速高效的筛选方法。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：缩略词表Abbreviations

独创性声明及关于论文使用授权的说明

第一章文献综述

第二章中药有效成分定量构效关系研究

1.方法原理

2.实验结果

2.1中药组分与活性关系研究

2.2中药组分与保留时间关系的研究

2.2中药组分与保留时间关系的研究2.2.1芳烃类化合物色谱保留时间-三维定量结构关系研究

2.2中药组分与保留时间关系的研究2.2.2黄酮类化合物色谱保留时间-三维结构量时关系研究

3.结果讨论

第三章三维药效团构建方法学研究

1.方法原理

2.实验结果

2.1 AngⅡ受体拮抗剂药效团的构建

2.1AngⅡ受体拮抗剂药效团的构建2.1.1训练集化合物的选择

2.1AngⅡ受体拮抗剂药效团的构建2.1.2药效团特征识别

2.1AngⅡ受体拮抗剂药效团的构建2.1.3药效团计算与优化

2.1AngⅡ受体拮抗剂药效团的构建2.1.4药效团验证

2.2 ACE受体拮抗剂药效团的构建

2.3 PAF受体拮抗剂药效团的构建

2.3PAF受体拮抗剂药效团的构建2.3.1化合物的选择

2.3PAF受体拮抗剂药效团的构建2.3.2药效团特征识别

2.3PAF受体拮抗剂药效团的构建2.3.3药效团计算

2.3PAF受体拮抗剂药效团的构建2.3.4药效团优化

2.4 5-HT2A受体拮抗剂药效团的构建

3.三维药效团构建方法的完善

第四章活血化瘀中药虚拟筛选方法学研究

第五章总结与展望

参考文献

致谢

个人简历