苍术酮潜在靶点预测及正向分子对接验证

周域，陆建图，张小丁，易增兴，王博龙

(宜春学院化学与生物工程学院，江西宜春，336000)

白术为菊科植物白术(atractylodes macrocephala koidz．)的干燥根茎［1］，其挥发油含量约为1.01%～1.32%［2］，其中苍术酮的含量约占挥发油的61%［3］。以往研究表明白术挥发油具有抗肿瘤、抗肝损伤及促进胃肠运动的作用［4－6］，但国内外对其物质基础、作用靶点及药理机制研究较少，所以预测和筛选挥发油中主要成分苍术酮的潜在靶标及药理作用具有重要意义。

靶点识别是现代药物发掘的第一步，传统药物设计思路是针对特定的药物靶点设计能够与之结合的化合物［7］。随着结构生物学的发展和计算机性能的提升，正、反向分子对接技术应运而生，它基于“锁－匙”学说，利用计算机模拟将小分子(配体)放置于大分子靶标(受体)的结合区域，再通过计算物理化学参数从而达到预测两者的结合力和结合方式，实现化合物的高通量、虚拟筛选，大大提高了新药设计研发的速度［8］。

本研究利用反向分子对接服务器PharmMapper对苍术酮的潜在靶标进行虚拟筛选，对匹配后具有治疗价值的主要靶蛋白进一步使用正向分子对接服务器systemsdock web site进行验证，为苍术酮潜在靶标及药理作用提供理论预测。

1 方法

1.1 配体准备

首先在TCMSP数据库［9］确定苍术酮的化学结构。在ChemBioDraw Ultra 14.0程序中绘制苍术酮的结构，使用菜单Caculations中力场MMFF94对苍术酮进行能量最小化，使得手工画上去的那部分键长和键角标准化，从而获得稳定的化合物结构。最后将文件保存为mol格式文件，结果如图1所示。

图1 苍术酮结构图Fig．1 Structure diagram of atractylon

1．2 PharmMapper预测苍术酮潜在靶点

将苍术酮的 mol格式文件上传至 PharmMapper服务器，利用反向对接服务器PharmMapper(http://lilab．ecust．edu．cn/pharmMapper/)将苍术酮进行模拟分子－靶蛋白对接，靶点范围设置“Human Protein Targets Only(v2010，2241)”，其余参数保持默认设置。PharmMapper网页服务器自动将苍术酮与其数据库中的药效团模型进行匹配，按照Normalized Fit Score得分由高到低排序，Normalized Fit Score打分的高低代表了小分子与蛋白药效团模型的契合程度，打分越高，蛋白作为药物小分子的潜在靶标的可能性就越大。

1．3 Systemsdock Web Site正向分子对接验证

使用Systemsdock Web Site服务器，将苍术酮与得分靠前且具有疾病治疗价值的靶蛋白进行正向分子对接并进行docking score打分。打分高低决定着分子与靶点的结合活性，一般来说docking score值大于4．25说明分子与靶点有一定的的结合活性，大于5．0说明分子与靶点有较好的结合活性，而大于7．0则说明分子与靶点具有很强烈的结合活性［10］。

2 结果

2．1 苍术酮主要靶标的虚拟筛选

根据PharmMapper服务器中苍术酮与人类蛋白药效团模型匹配的Fit Score打分，由高低排序筛选获得300个蛋白靶标，得分最高的前10个靶蛋白详见表1。其中具有疾病治疗价值的主要靶标有二肽基肽酶Ⅳ、维甲酸β受体、细胞维甲酸结合蛋白2等，分别对应非胰岛素依赖型糖尿病、自身免疫性疾病、肿瘤、癌症等相关疾病。

表1 PharmMapper筛选出的具有药理作用的前10个作用靶蛋白Table 1 The first 10 target proteins with pharmacological effects screened by PharmMapper

表2为苍术酮与3种靶标蛋白药效团匹配的详细特征，由表可知，苍术酮与二肽基肽酶Ⅳ的药效团模型中有5个疏水特征，没有氢键受体;与维甲酸β受体的药效团模型中有7个疏水特征，1个氢键受体;与细胞维甲酸结合蛋白2的药效团模型中有6个疏水特征，2个氢键受体。

表2 苍术酮与靶标蛋白药效团匹配特征Table 2 Matching characteristics of atractylon and target protein pharmacophore groups

2．2 主要靶标与苍术酮的正向分子对接验证

图2～图4为二肽基肽酶Ⅳ、维甲酸β受体、细胞维甲酸结合蛋白2与苍术酮及原配体的二维及三维对接图。图5所示为三个主要靶蛋白与苍术酮的docking score值依次为7.105，6.948，6.842，均高于原配体。其中与二肽基肽酶Ⅳ的docking score值大于7．0，与维甲酸β受体、细胞维甲酸结合蛋白2的docking score值也接近于7．0，可见苍术酮与以上靶点具有强烈的结合活性。表3为苍术酮、原配体与靶蛋白结合的具体氨基酸残基。

图2 二肽基肽酶Ⅳ正向分子对接图Fig．2 Diagram of forward molecular docking of dipeptidyl peptidase IV

图3 维甲酸β受体正向分子对接图Fig．3 Forward molecular docking of beta retinoic acid receptor cells

图4 细胞维甲酸结合蛋白2正向分子对接图Fig．4 Forward molecular docking of retinic acid－binding protein 2

表3 围绕靶蛋白活性位点的氨基酸残基和配体苍术酮结合的氨基酸Table 3 Amino acid residues surrounding the active site of the target protein and the binding amino acids of the Atractylon

图5 苍术酮、原配体与靶蛋白分子对接打分对比Fig.5 Comparison of atractylon and primary ligand molecular docking scores

3 讨论

苍术酮属于倍半萜类合物，是中药白术的有效成分之一，具有抗炎、降糖、抗缺氧、降血脂、抗肿瘤和免疫调节等多种药理作用［11］，但具体机制不详。本研究发现苍术酮能够强烈结合二肽基肽酶Ⅳ，而二肽基肽酶IV是一种跨膜糖基化的丝氨酸蛋白酶，能够迅速裂解和失活糖依赖性胰岛素释放肽和肠促胰岛素胰高血糖素样肽－1，使其失去生物活性，抑制体内二肽基肽酶Ⅳ活性，可抑制肠促激素分解，增强胰岛β细胞的再生能力，防止或延缓糖尿病的发生，改善糖耐量异常以及增加胰岛素的敏感性［12－13］，因而推测苍术酮的降糖作用是以二肽基肽酶Ⅳ抑制剂的形式产生。维甲酸β受体是存在于多种组织细胞核内的一类蛋白质受体，它不仅参与细胞的分化和生长发育，而且具有抑制肿瘤生长和诱导肿瘤干细胞分化的作用，具有抗肿瘤作用［14］。耿玮等［15］的研究发现苍术酮通过降低 CCDC12和PI3K、p－AKT和mTOR表达，来抑制结直肠癌HT29细胞的增殖，并介导其凋亡。而本研究中苍术酮能强烈结合维甲酸β受体，故推测其能产生维甲酸样抗肿瘤作用。细胞维甲酸结合蛋白2(cellular retinoic acid－binding protein 2)可以用于与艾滋病相关的卡波西肉瘤患者皮肤病变的局部治疗，但确切的作用机制目前尚不明确。

总之，本研究筛选出的苍术酮关键靶点在反向药效团筛选和正向分子对接方面具有良好的一致性，预测到苍术酮降糖、抗癌等药理作用也与文献报道基本吻合，表明反向药效团匹配和正向分子对接方法可以用于天然产物活性成分靶点及药理作用预测，为后续进一步研究苍术酮潜在药理活性奠定了基础。