基于分子模拟技术发现潜在中药烟酸受体激动剂(1)
[摘要] 烟酸能提高人体高密度脂蛋白水平，降低血清总胆固醇、低密度脂蛋白及三酰甘油水平，临床上常用于低高密度脂蛋白胆固醇血症和高三酰甘油血症的治疗。研究表明，烟酸在发挥疗效的同时易引起皮肤潮红等不良反应。以生物电子等排、片段搜索和类药五原则初筛中药化学成分数据库中可能与烟酸有相似药理作用的中药成分，结合同源模建和全柔性分子对接进一步筛选潜在的烟酸受体激动剂，获得候选化合物11个，来源于8味常用中药。其中，候选化合物与烟酸受体相互作用的方式和烟酸类似，且分子对接打分值均高于烟酸，其成药性有待进一步考察;8味来源中药中部分已有文献研究确证降脂疗效，提示其可能通过上述方式发挥作用。综上，本研究为从中药中获得新的烟酸受体激动剂、改善高脂血症用药现状提供了依据和指导。
[关键词] 烟酸受体激动剂;生物电子等排;片段搜索;中药;分子对接;高血脂症
[收稿日期] 2014-04-08
[基金项目] 国家自然科学基金项目(81173522);国家“重大新药创制”科技重大专项(2011ZX09401-028)
, 百拇医药
[通信作者] *张燕玲，副研究员，主要从事中药信息学研究，Tel：(010)84738620，E-mail：collean_zhang@163.com
[作者简介] 蒋芦荻，硕士研究生，Tel：15652779521，E-mail：jiangludi_52@163.com
烟酸(nicotinic acid，NA)又名尼克酸(niacin)，早在20世纪50年代Ahschul等[1]发现，大剂量烟酸具有降低血浆总胆固醇(TC)的作用。其作用靶点是一种可在脂肪细胞中表达的G蛋白偶联受体，目前发现该受体有3个亚型(GPR109A，GPR109B和GPR81)，而烟酸只对GPR109A有高亲和力[2]。烟酸激动GPR109A可以抑制脂质水解，降低血浆中游离脂肪酸(FFA)水平，使得TC、甘油三酯(TG)、低密度脂蛋白(LDL)以及极低密度脂蛋白(VLDL)水平下降，高密度脂蛋白(HDL)水平上升[3]，临床上多与其他药物联用以降低心血管疾病的发病风险。然而，大剂量服用烟酸易引发血液中尿酸含量升高及皮肤潮红等不良反应，大大降低其临床顺应性[4]。中药疗效肯定、持续，副作用小，发现能够激动烟酸受体的中药活性成分对缓解烟酸类药物发挥降脂作用时引发的不良反应、改善心血管疾病防治疗效有着重大意义。
, http://www.100md.com
本研究以The Binding Database数据库中烟酸受体激动剂为研究对象，将生物电子等排取代[5]和片段搜索[6]有机结合，搜索含有23 033个中药化学结构的TCMD(traditional Chinese medicine database：2009)数据库中可能与烟酸有相似药理活性的成分[7]，构建中药小分子库，利用全柔性分子对接技术(Flexible Docking)筛选库中可与烟酸受体相互作用的中药活性成分。其中，烟酸受体为跨膜蛋白，其结构暂未获得，故实验以同源模建构建受体蛋白的三维结构，并以分子动力学模拟进行优化。
1 数据与方法
1.1 数据来源
实验以″nicotinic acid receptor″，″niacin receptor″为关键词，选择来源于The Binding Database数据库中作用于重组人源烟酸受体GPR109a(human recombinant GPR109a)的217个有激动活性的化合物。
, http://www.100md.com
1.2 中药小分子库构建
结合文献分析[8]，确定烟酸受体激动剂中最常见的母核结构其结构类型：吡啶甲酸和吡嗪甲酸类、吡唑-3-羧酸类和异噁唑类、阿昔呋喃及其衍生物等。据此，实验选择含有上述母核的6种功能分子片段，见图1。
1.2.1 生物电子等排 生物电子等排(bioisosterism)包括经典的生物电子等排和非经典的生物电子等排。前者是由Grimm的氢化物取代规律及Erlenmeyer定义所限定的电子等排体，包括一价(如-X，-OH，-CH3)、二价(-CH2-，-O-，-NH2)、三价(=N-，=CH-)、四价(=C=)及环内等价5种类型;非经典的生物电子等排体包括环与非环结构、可交换的
a.烟酸母核结构;b.阿昔莫司母核结构;c.阿昔呋喃类母核结构;d.吡啶并嘧啶酮类衍生物;e.吡唑-3-羧酸类母核结构; f.邻氨基苯甲酸类母核结构。
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图1 作用于烟酸受体的功能分子片段
Fig.1 The functional fragments that act on nicotinic acid receptor
基团(如磺酰胺基和羧基)、基团反转(如-COOR，-OCOR)[9]。有研究表明，吡啶甲酸和吡嗪甲酸类化合物中羧基是保持活性的必需基团，将羧基替换为酰胺后活性丧失，羧基位置更改活性消失[8]。参照以上生物电子等排规则及约束条件，对作用于烟酸受体的功能分子片段进行生物电子等排。
1.2.2 片段搜索及数据整理 利用生物电子等排所得小分子片段，对中药化学数据库中的化合物进行搜索，并应用类药五原则对所命中中药成分进行处理，生成中药小分子库。
1.3 烟酸受体三维结构模型的建立
1.3.1 GPR109A的同源模建 GPR109A(Uniprot登记代码Q8TDS4)由363个氨基酸残基组成，属于进化保守的视紫红质(Rhodopsin)家族受体。PDB数据库中可用的膜蛋白结构有牛视紫红质受体(bovine rhodopsin receptor)、人体β2肾上腺能素受体(human β2 adrenergic receptor)、人体A2A腺苷受体(human A2A adenosine receptor)和火鸡β1肾上腺能素受体(turkey β1 adrenergic receptor)等[10]。本研究通过比对上述4种序列与 GPR109A 同源性高低，选择同源性较高的蛋白作为模板蛋白。, http://www.100md.com(蒋芦荻 贺昱甦 张燕玲)
[关键词] 烟酸受体激动剂;生物电子等排;片段搜索;中药;分子对接;高血脂症
[收稿日期] 2014-04-08
[基金项目] 国家自然科学基金项目(81173522);国家“重大新药创制”科技重大专项(2011ZX09401-028)
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[通信作者] *张燕玲，副研究员，主要从事中药信息学研究，Tel：(010)84738620，E-mail：collean_zhang@163.com
[作者简介] 蒋芦荻，硕士研究生，Tel：15652779521，E-mail：jiangludi_52@163.com
烟酸(nicotinic acid，NA)又名尼克酸(niacin)，早在20世纪50年代Ahschul等[1]发现，大剂量烟酸具有降低血浆总胆固醇(TC)的作用。其作用靶点是一种可在脂肪细胞中表达的G蛋白偶联受体，目前发现该受体有3个亚型(GPR109A，GPR109B和GPR81)，而烟酸只对GPR109A有高亲和力[2]。烟酸激动GPR109A可以抑制脂质水解，降低血浆中游离脂肪酸(FFA)水平，使得TC、甘油三酯(TG)、低密度脂蛋白(LDL)以及极低密度脂蛋白(VLDL)水平下降，高密度脂蛋白(HDL)水平上升[3]，临床上多与其他药物联用以降低心血管疾病的发病风险。然而，大剂量服用烟酸易引发血液中尿酸含量升高及皮肤潮红等不良反应，大大降低其临床顺应性[4]。中药疗效肯定、持续，副作用小，发现能够激动烟酸受体的中药活性成分对缓解烟酸类药物发挥降脂作用时引发的不良反应、改善心血管疾病防治疗效有着重大意义。
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本研究以The Binding Database数据库中烟酸受体激动剂为研究对象，将生物电子等排取代[5]和片段搜索[6]有机结合，搜索含有23 033个中药化学结构的TCMD(traditional Chinese medicine database：2009)数据库中可能与烟酸有相似药理活性的成分[7]，构建中药小分子库，利用全柔性分子对接技术(Flexible Docking)筛选库中可与烟酸受体相互作用的中药活性成分。其中，烟酸受体为跨膜蛋白，其结构暂未获得，故实验以同源模建构建受体蛋白的三维结构，并以分子动力学模拟进行优化。
1 数据与方法
1.1 数据来源
实验以″nicotinic acid receptor″，″niacin receptor″为关键词，选择来源于The Binding Database数据库中作用于重组人源烟酸受体GPR109a(human recombinant GPR109a)的217个有激动活性的化合物。
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1.2 中药小分子库构建
结合文献分析[8]，确定烟酸受体激动剂中最常见的母核结构其结构类型：吡啶甲酸和吡嗪甲酸类、吡唑-3-羧酸类和异噁唑类、阿昔呋喃及其衍生物等。据此，实验选择含有上述母核的6种功能分子片段，见图1。
1.2.1 生物电子等排 生物电子等排(bioisosterism)包括经典的生物电子等排和非经典的生物电子等排。前者是由Grimm的氢化物取代规律及Erlenmeyer定义所限定的电子等排体，包括一价(如-X，-OH，-CH3)、二价(-CH2-，-O-，-NH2)、三价(=N-，=CH-)、四价(=C=)及环内等价5种类型;非经典的生物电子等排体包括环与非环结构、可交换的
a.烟酸母核结构;b.阿昔莫司母核结构;c.阿昔呋喃类母核结构;d.吡啶并嘧啶酮类衍生物;e.吡唑-3-羧酸类母核结构; f.邻氨基苯甲酸类母核结构。
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图1 作用于烟酸受体的功能分子片段
Fig.1 The functional fragments that act on nicotinic acid receptor
基团(如磺酰胺基和羧基)、基团反转(如-COOR，-OCOR)[9]。有研究表明，吡啶甲酸和吡嗪甲酸类化合物中羧基是保持活性的必需基团，将羧基替换为酰胺后活性丧失，羧基位置更改活性消失[8]。参照以上生物电子等排规则及约束条件，对作用于烟酸受体的功能分子片段进行生物电子等排。
1.2.2 片段搜索及数据整理 利用生物电子等排所得小分子片段，对中药化学数据库中的化合物进行搜索，并应用类药五原则对所命中中药成分进行处理，生成中药小分子库。
1.3 烟酸受体三维结构模型的建立
1.3.1 GPR109A的同源模建 GPR109A(Uniprot登记代码Q8TDS4)由363个氨基酸残基组成，属于进化保守的视紫红质(Rhodopsin)家族受体。PDB数据库中可用的膜蛋白结构有牛视紫红质受体(bovine rhodopsin receptor)、人体β2肾上腺能素受体(human β2 adrenergic receptor)、人体A2A腺苷受体(human A2A adenosine receptor)和火鸡β1肾上腺能素受体(turkey β1 adrenergic receptor)等[10]。本研究通过比对上述4种序列与 GPR109A 同源性高低，选择同源性较高的蛋白作为模板蛋白。, http://www.100md.com(蒋芦荻 贺昱甦 张燕玲)