基于化學信息學的抗心衰相關藥物篩選和作用機制探討.pdf

1、心衰是一種常見的、昂貴的、可能致命的疾病，近年來，心衰的患病率和發(fā)病率正在逐年增加，心衰疾病已經(jīng)發(fā)展成為一個常見的公共問題。本論文采用化學信息學手段虛擬篩選靶向心衰潛在靶標蛋白腫瘤壞死因子-α的小分子拮抗劑，并進行實驗驗證。同時，將化學信息學工具與網(wǎng)絡藥理學理念相整合，探討四逆湯抗心衰的潛在作用機制，并構建了一個心衰相關中草藥網(wǎng)絡藥理平臺，為抗心衰中藥復方、藥材和化合物的靶標鑒定及網(wǎng)絡藥理機制探討提供了一個專有的網(wǎng)絡平臺。
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2、.基于虛擬篩選的腫瘤壞死因子-α小分子拮抗劑的預測和驗證
　　腫瘤壞死因子-α是治療心衰疾病的潛在靶標蛋白，然而，目前報道的腫瘤壞死因子-α小分子抑制劑數(shù)量非常有限。本研究擬將虛擬篩選與生物驗證相結合，快速高效地篩選與腫瘤壞死因子-α相結合的拮抗劑。首先，采用藥效團模型和分子對接方法虛擬篩選specs商業(yè)庫，然后，將得到的目標化合物進行表面等離子共振分析，得到4個不同骨架的腫瘤壞死因子-α結合配體。其中，T1與腫瘤壞死因子-α的親

3、和力最強（Kd=11μM），該親和值與已有的腫瘤壞死因子-α小分子拮抗劑活性相當。進一步的細胞實驗結果也表明T1與已知拮抗劑C87的活性相近。本研究不僅提供了一些腫瘤壞死因子-α小分子拮抗劑的新骨架，用于進一步的結構優(yōu)化，同時也證明了虛擬篩選策略在腫瘤壞死因子-α小分子拮抗劑鑒別方面的實用性。
　　2.基于代謝組學和網(wǎng)絡藥理學相結合的四逆湯抗阿霉素誘導心衰作用研究
　　四逆湯是一味經(jīng)典的治療阿霉素誘導心衰的中藥復方，由附子、

4、干姜和甘草組成。目前的化學物質(zhì)組學和藥理學研究表明四逆湯主要的活性部位為附子總生物堿、于姜總姜酚、甘草總黃酮以及甘草總皂苷。本研究的動物實驗結果表明四逆湯有效部位配伍治療效果與四逆湯相近，比兩兩配伍或單組分配伍的療效好。盡管四逆湯有效部位配伍的療效明確，但是由于其成分的復雜性，其作用機制仍不明確。本研究旨在首次聯(lián)用代謝組學和網(wǎng)絡藥理學方法探討四逆湯有效部位配伍治療心衰的潛在作用機制。通過基于GC/LC-MS的整體代謝組學策略，我們發(fā)現(xiàn)四

5、逆湯有效部位配伍主要通過調(diào)控6個代謝通路發(fā)揮療效。然后，我們進行了網(wǎng)絡藥理學研究，通過分子對接技術找到了有效部位作用的17個心血管疾病相關的潛在靶點，其中11個被文獻證明為有效部位中化學成分的靶點，該結果也從網(wǎng)絡藥理學的角度證明了四逆湯有效部位整體的治療效果。在找到的17個潛在靶標中，磷酸肌醇3-激酶γ、胰島素受體、鳥氨酸轉氨酶和葡糖激酶存在于四逆湯有效部位所調(diào)控的代謝通路中。并且，磷酸肌醇3-激酶γ、胰島素受體和葡糖激酶已經(jīng)被文獻證明

6、為四逆湯有效部位中化學成分的靶標。我們的研究也表明附子總生物堿是主要的活性成分，干姜總姜酚和甘草總黃酮總皂苷是輔助成分。代謝組學和網(wǎng)絡藥理學的聯(lián)用為更全面可靠地挖掘中藥化學物質(zhì)組所作用的靶標群提供了可能，并為傳統(tǒng)中藥復方治療作用的探討提供了新的思路。
　　3.基于網(wǎng)絡分析的四逆湯活性成分的靶標鑒別及機制研究
　　同步鑒別化學物質(zhì)組的靶標群是當前面臨的一個重要的且尚未解決的難題。在本研究中，我們創(chuàng)新性地整合了網(wǎng)絡藥理學和代謝組

7、學數(shù)據(jù)，首次提出了網(wǎng)絡分析的方法，用于同步鑒別四逆湯中抗心衰活性物質(zhì)組的潛在靶標群。首先，我們通過血清藥物化學、文本挖掘和相似性匹配相結合的方法鑒別出四逆湯抗心衰的48個潛在活性成分。然后采用文本挖掘和分子對接的方法鑒別這些活性成分的潛在靶標，并通過STRING數(shù)據(jù)庫對這些靶標蛋白相關的生物過程，通路和相關疾病進行了富集分析。最后，整合代謝組學數(shù)據(jù)進行網(wǎng)絡分析進一步篩選四逆湯活性成分的靶標蛋白，以提高文本挖掘和分子對接方法的準確性。在網(wǎng)

8、絡分析鑒別出的25個潛在靶標蛋白中，腫瘤壞死因子-α被首次驗證為四逆湯中次烏頭堿、新烏頭堿、去甲烏藥堿和槲皮素的靶標。表面等離子共振實驗表明這些化合物能與腫瘤壞死因子-α直接結合。細胞實驗結果也表明這些化合物能緩解腫瘤壞死因子-α導致的L929細胞毒性，并抑制阿霉素誘導的H9C2心肌細胞凋亡。我們期望網(wǎng)絡分析也能被用于活性單體靶標的鑒別。
　　4.HF-NetPharm:心衰相關中草藥網(wǎng)絡藥理平臺的構建
　　幾千年來，作為多

9、靶標療法的代表，中藥復方已經(jīng)被成功地用于治療多種疾病。然而，研究方法的缺乏極大地限制了其作用機制的探討。本章首次構建了一個心衰相關中草藥網(wǎng)絡藥理平臺(HF-NetPharm，www.cbligand.org/HF)，用于中藥復方作用機制的研究。該平臺搜集了46個治療心衰的中藥復方、復方中111種藥材以及藥材中13，301個化合物的信息。同時，還整合了所有文獻報道的心衰相關化學基因組學數(shù)據(jù)，包括259個心衰相關的靶標蛋白和77個治療心衰的

10、上市或臨床試驗藥。為了對化合物的靶標進行預測，我們嵌入了TargetHunter和HTDocking模塊。并且還對心衰相關網(wǎng)絡藥理平臺的應用進行了舉例，包括活性化合物的靶標鑒別，F(xiàn)DA批準抗心衰藥物和草藥抗心衰活性成分的多向藥理分析，以及抗心衰中藥復方的網(wǎng)絡藥理研究。通過文本挖掘和體外實驗對預測結果進行了驗證。本研究構建的心衰相關中草藥網(wǎng)絡藥理平臺將有助于中藥材來源的藥物發(fā)現(xiàn)、心衰相關的靶標鑒別、多向藥理研究及中藥復方的網(wǎng)絡藥理學研究。