适应原类药用植物作用机制和中药活血机理的化学信息学研究

摘要

本论文由三大部分构成，第一部分为药用植物信息分析学的方法学构建，第二部分为药用植物信息分析学在适应原植物上的活性物质基础探讨，第三部分为基于P2Y1受体蛋白的抗血栓药用植物筛选。
　　第一部分:以药用植物作为主体，由计算机虚拟筛选作为方法学基础的中心内容，延展开来，以中药信息学、网络药理学所包含各项内容作为技术手段，设计出一套从头至尾高效且准确的方法来揭示药用植物药效物质基础，并且预测药用植物化合物的潜在生物作用活性的方法学;从药用植物所含化合物的确定、到虚拟筛选判断其作用靶点，至评价其所调控的信号通路和疾病网络。按照计算机虚拟筛选、中药信息学及网络药理学的各项实验技术手段构建出完整的技术路线及整体实施方法。
　　首先，确定作为研究对象的药用植物。主要分为三类:1.常见，但作用机制较为复杂的药用植物;2.传统使用历史悠久，但研究尚未成熟的药用植物;3.“老药新用”的药用植物。其次，对研究对象中所含的天然产物信息进行收集和整理，构建出待测天然产物化合物数据库。随后，对这些天然产物进行预处理，包括类药性分析、ADME/T口服及吸收毒性预测以及假阳性化合物的排除。接下来则是最为核心步骤:计算机辅助虚拟筛选。设计的虚筛步骤将三种不同理论基础的技术手段串联为以下三步:1.基于药效团理论的虚拟寻靶;2.基于小分子形状相似度的二次匹配验证;3.基于分子对接技术的化合物-靶点作用精细分析。当筛选得到对应的生物靶标集合之后，利用网络药理学的各项工具手段以及各相关靶点注释及关联关系数据库，分析出所得靶点同信号通路以致相关疾病之间的联系。最后，构建出药用植物-天然产物-生物靶标-信号通路-相关疾病的作用网络图并进行详细阐述。
　　第二部分:药用植物信息分析学在适应原植物作用机制共性上的探索。适应原类药用植物(adaptogen)，能够非特异性的增强人类抵抗力，能够作用于人体的不同组织器官及系统，对各部分进行调节，从而有助机体在不良环境条件暨应激条件下保持在一个最佳的稳态(homeostasis)。目前被确认的适应原类植物有很多种，如:人参Panax ginsengC.A.Mey、五味子Schisandra chinensis(Turcz.)Baill.、刺五加Acanthopanax senticosus(Rupr.et Maxim.)Harms、红景天Rhodiola crenulata(Hook.f.et Thoms.)S.H.Fu、玛咖Lepidium meyenii Walp等。
　　因为适应原类植物具有分类广泛、所含活性产物种类复杂的特点，需要对其整体性的研究和确认。选取了玛咖、人参、西洋参、五味子、淫羊藿等药用植物等作为研究对象，按照第一部分构建的药用植物信息分析学方法学技术手段，分别分析并且预测其所含天然产物、筛选得到的生物靶标集合及其信号通路、相关疾病之间的相互作用网络图。根据不同的药用植物的网络图，总结并归纳适应原类药用植物的作用特点为内源性刺激应激(Response to endogenous stimulus)以及激素应答（Response to hormone）。
　　第三部分:药用植物信息分析学在抗血栓作用药用植物上的应用。心脑血管疾病(Cardiovascular dieseases，CVDs)是全球首名的致死成因，而且诱发心脑血管疾病的因素也较为复杂，主要发病模式表现为中风、高血压、心律失常和血栓。而其中，血小板凝集诱导的血栓形成会阻碍血液循环，诱发各种急性和慢性动脉血管疾病。P2Y1受体蛋白能够促进血小板凝集，它能够作为重要的抗血栓药物靶标。MRS2500是他的一个配体小分子药物，P2Y1受体的七个跨膜区内提供了完整的结合位点可以使其配合对接于其口袋中作为核苷酸拮抗剂。TCMSP包含了499种中国药典所记载注册的中草药及其29384个天然产物组成的数据库。
　　此部分独创性地运用药用植物信息分析学技术手段，将这些天然产物同P2Y1受体蛋白以MRS2500的结合口袋进行对接计算，通过对接模式的研究及打分，可以评价这些化合物作为P2Y1受体蛋白拮抗剂的结合能力强弱，进而筛选出潜在的抗血栓药物。在本项研究中，来自中草药中的总共8987种化合物首先通过了Lipinski五原则的成药性筛选，随后其中1656种化合物可以对接进入P2Y1受体蛋白-MRS2500的结构中，呈现出16317种对接形态。其中所含天然产物对接评分DockScore高于70的共有38种，均有发展研究成为抗血栓药物的潜力。通过结果分析推测，甘草、升麻和灵芝具有开发成为抗血栓药用植物的潜力，其所含的化合物很有可能为延缓血小板凝聚提供新的发现。

目录

缩略语及术语简表

摘要

第一章 利用化学信息分析学方法揭示药用植物药效物质基础的方法学探讨

第一节 整体思路的规划

第二节 利用化学信息分析学方法进行药用植物研究的方法学设计

一、研究对象的确定

二、化合物预处理

三、虚拟筛选的含义及实现

四、作用靶点集合分析

五、整体方法学概述

第三节 总结与展望

参考文献

第二章 利用化学信息分析学对适应原类药用植物作用机制的研究

第一节 适应原类药用植物的研究进展概况

一 适应原的定义及发展

二 适应原的功效

三 适应原作用机制探讨

四 适应原与中药补益类药物之间的联系

五 各国“人参”与适应原

六 目前适应原研究难点及展望

七 基于计算机虚拟寻靶技术对几种适应原植物的生物活性评价

第二节 基于计算机虚拟寻靶技术对适应原植物玛咖的生物活性评价

一 玛咖次生代谢产物的反向寻靶研究

二 玛咖潜在药效靶点集合的网络药理学研究

三、本节小结

第三节 化学信息分析学方法在适应原类药用植物作用机制上的研究

一 化学信息分析学在适应原药用植物研究中的意义

二 适应原植物的反向寻靶研究

二 结果与讨论

三 本章小结

参考文献

第三章 中药活血机理的化学信息学研究

第一节 P2Y1受体蛋白结构的研究

第二节 P2Y1受体蛋白天然产物拮抗剂的研究

一 实验部分

二 结果与分析

三 本章小结

参考文献

全文总结

个人简历

致谢

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