利用分子对接技术筛查解热消炎胶囊抗病毒及消炎成分的研究

陈沛洪，黄丹梅，柯少芳，庄起明，肖辉炎，谢成松，陈一村

(1.汕头大学医学院第二附属医院，广东 汕头 515000；2.汕头大学医学院药理学教研室，广东 汕头 515000；3.广东太安堂药业股份有限公司，广东 汕头 515000)

新型冠状病毒肺炎目前尚无特效药，亦无相应的抗体中和。在此次抗疫中，中药汤方及中成药在治疗新冠肺炎过程中起到一定的作用，如连花清瘟颗粒等。解热消炎胶囊(广东太安堂药业股份有限公司)为临床治疗呼吸道感染引起的发热、咽喉肿痛、扁桃腺炎、咽炎等症的中成药，产品处方源自古代防治瘟疫病的经典方——安宫牛黄丸，以水牛角、板蓝根、金银花、珍珠母粉、广藿香、石菖蒲等中药为原料，采用中药提取物进行组方，具有清热解毒、镇惊安神功效。分子对接筛选技术作为计算机辅助药物设计和高通量筛选的一种重要方法[1]，是在现有生物结构的基础上发现新配体的技术，分子对接筛选过程极大地缩小了人工方法进行配体活性筛选的研究范围及时间[2]。据报道此次新型冠状病毒与细胞的作用方式和2003年的冠状病毒相似，均通过与人细胞的血管紧张素转换酶2(angiotensin converting enzyme 2，ACE2)作用进入细胞[3]。故本研究通过分子对接技术，探讨解热消炎胶囊的有效成分与新型冠状病毒的受体ACE2以及引起炎症的受体环氧合酶2(cyclooxygenase-2，COX-2)及其下游信号蛋白花生四烯酸酯15-脂氧合酶(arachidonate 15-lipoxygenase，ALOX15)的亲和作用。

1 材料与方法

1.1 数据库与软件

TCMSP数据库(http://tcmspw.com/tcmsp.php)；STRING数据库11.0(https://string-db.org)；PDB数据库(https://www.rcsb.org)；AutoDockTools 1.5.6(http://autodock.scripps.edu/resources/adt)；AutoDock Vina 1.1.2(http://vina.scripps.edu)；PyMOL 1.7(http://pymol.org)。

1.2 解热消炎胶囊有效成分的筛选

利用TCMSP数据库检索解热消炎胶囊的中草药化学成分，将口服利用度＜30%的和药物相似性＜0.18的成分剔除[4-5]。采用ChemBioDraw Ultra 12.0软件绘制化合物的结构，然后用ChemBio3D Ultra 12.0转化为三维结构，再通过AutoDockTools 1.5.6软件进行格式转换，转变为pdbqt格式。

1.3 作用靶点的选择

在STRING数据库中分别输入ACE2、COX-2及ALOX15，限定研究物种为“Homo Sapiens”，获得蛋白互作关系并得到相应PDB蛋白模型的链接。从PDB数据库下载蛋白质—配体复合物的晶体，通过AutoDockTools 1.5.6及其附带的激动剂化合物确定作用位点的三维坐标。通过瑞士生物信息研究所网站(http://www.hpc-ch.org/sib/)对PDB数据库中无相应PDB蛋白晶体的靶点进行同源性建模。

1.4 分子对接模拟

分子对接研究采用AutoDock Vina 1.1.2软件。参数“exhaustiveness”设置为8，选取对接结果打分值最高的构象[6-9]。用软件PyMoL 1.7绘图。

2 结果

2.1 解热消炎胶囊总方分子数据库的建立

利用TCMSP数据库检索获得解热消炎胶囊的中草药化学成分共计899个。将口服利用度＜30%的和药物相似性＜0.18的成分剔除后得到130个有效化学成分。

2.2 解热消炎胶囊有效成分的对接结果

130个有效成分与AEC2及COX-2对接结果显示：3个成分无法对接，99个有效成分与ACE2结合的结合能比原配体更强，占总成分的76.15%；而有效成分与COX-2的结合能均比原配体更弱，但对COX-2的上游信号ALOX15有较强的结合，共有94个有效成分与ALOX15的结合能比原配体更强，占总成分的72.30%。与ACE2及ALOX15结合能排前3位的有效成分结合情况见表1，对接情况见图1～图4。

3 讨论

中医普遍认为新型冠状病毒肺炎是由于湿毒犯肺所引发的，目前中医治疗新型冠状病毒肺炎轻症患者的方剂多以解表化湿、宣肺透热为主，以藿香正气散和连花清瘟胶囊最为典型。而解热消炎胶囊具有清热解毒，镇惊安神的功效，对新型冠状病毒引起的瘟热症有对症的优势。

ACE2是SARS病毒病理途径中的关键因子，在临床的治疗及药物的研发中有着重要的意义。ACE2主要分布在心脏、肾脏、睾丸、大动脉、胃肠道、视网膜、肺，在人和啮齿类动物的心脏和肾脏中高度表达[10-11]。Ge等[12]报道，SARS病毒感染的一般过程是SARS病毒的刺突蛋白三聚体先与ACE2的细胞外催化结构域的“疏水口袋”结合，继而细胞发挥内吞作用，病毒包膜与细胞膜融合，最终进入宿主细胞。本研究分子对接模拟实验显示，解热消炎胶囊的大部分化学成分与ACE2的抑制位点能紧密结合，大于70%的化学成分其结合能超过原配体。可见，解热消炎胶囊或许能通过抑制ACE2的活性，阻止病毒进入宿主细胞，从而达到预防甚至治疗的作用。

表1 与ACE2及ALOX15结合能排前3位的有效成分结合情况

图1 ACE2和Linarin对接图

图2 ACE2和SudanⅢ对接图

图3 ALOX15和SudanⅢ对接图

图4 ALOX15和pheanthrone对接图

ALOX15在关键脂质介体(例如脂蛋白和消退素)的形成中起重要作用，以终止炎症。ALOX15可抑制TNF-α，IL-1β/NF-κB和IL-6/STAT3信号通路[13]。部分炎症反应可能与该酶有关，如哮喘、鼻息肉、阿司匹林反应、脑室周围白质软化。本研究分子对接模拟实验显示，解热消炎胶囊的大部分化学成分与ALOX15有比原配体更有优势的结合。由此推测，解热消炎胶囊可能通过抑制ALOX15来缓解炎症的发生。

综上所述，解热消炎胶囊活性成分与ACE2及ALOX15有较好的结合。解热消炎胶囊可能可以通过抑制ACE2活性对新型冠状病毒起到预防的作用，而解热消炎胶囊对于COX-2引起的发炎可能无直接抑制作用，但其可能通过影响COX-2的上游信号ALOX15，抑制炎症的发生，缓解疼痛。