菊苣治疗高尿酸血症多靶点作用机制的分子对接研究

发布时间：2017-11-15 15:01

  本文关键词：菊苣治疗高尿酸血症多靶点作用机制的分子对接研究

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【摘要】：研究背景：本研究是教育部博士点基金(20130013120001)的部分研究内容,并得到了北京中医药大学自主选题项目(2013-JYB22-XS-086)的资助。高尿酸血症是临床常见的慢性代谢性疾病,亦是心脑血管疾病的危险因子之一,中药防治高尿酸血症具有疗效确切、安全性高等优势,但中药成分复杂及多靶点效应造成其作用机制较难阐明。本项目引入分子对接技术,探讨菊苣多靶点作用机制,具有明确的临床现实意义和学术价值。课题组前期研究发现,菊苣降尿酸作用显著,并具有多靶点效应,已有大量前期工作从多个角度阐明菊苣防治高尿酸血症的药效机制。本课题采用分子对接研究菊苣治疗高尿酸血症的化学实质,计算机分子对接与生物学研究相结合,综合分析菊苣治疗高尿酸血症的药理作用,阐明菊苣多靶点的作用机制。为治疗高尿酸血症的中药开发奠定基础,也为中药多靶作用机制提供新方法。研究目的：1.明确菊苣小分子化合物化学特征,量化表征其化学空间的多样性。2.分子对接筛选出作用于高尿酸血症靶蛋白的化学成分,明确菊苣治疗高尿酸血症的多靶点作用特点。3.从物质基础多样性及多靶点降尿酸途径共同阐明菊苣治疗高尿酸血症多靶点作用机制。研究内容：本论文围绕分子对接技术与菊苣降尿酸作用开展文献与计算机模拟的分子对接实验研究。(一)文献综述综述一抗高尿酸血症靶蛋白及药物研究进展本部分内容对高尿酸血症病发过程所涉及的重要蛋白及其药物研发现状进行文献回顾,从调控基因、蛋白结构、生理功能、活性位点多个角度综述,探讨该蛋白作为作为抗高尿酸血症靶蛋白的可能性,并展示了药物研究进展,为研究菊苣治疗高尿酸血症多靶点作用机制打下基础。综述二分子对接在中药研究中的应用进展本部分内容对分子对接技术在中药研究中的应用进展进行文献综述,从分子对接在中药药理研究、药性功效研究、ADME/T研究、先导化合物四个方面展开论述,了解这一技术当前的应用范围,为利用分子对接技术研究菊苣药效机制打下基础。(二)实验研究为研究菊苣治疗高尿酸血症多靶点的作用机制,第一部分利用分子描述符、主成分分析从菊苣小分子化合物化学空间多样性,揭示菊苣发挥多靶点降尿酸作用的物质基础。第二部分利用分子对接技术结合ADME/T预测,阐明菊苣小分子作用于多个靶点的复杂机制。从化学成分多样性和靶点作用情况阐明菊苣治疗高尿酸血症的多靶点作用机制。第三部分开展菊苣重要化学成分对高尿酸血症模型动物的药效实验,辅助说明分子对接实验的合理性。第一部分菊苣小分子化合物化学空间分析明确菊苣小分子化合物化学空间的多样性,在化学层面阐明菊苣降尿酸多靶点作用的物质基础。一、查阅文献及天然产物数据库,搜集整理菊苣化学成分,并下载或利用绘图绘制菊苣化学成分三维结构。二、使用E-dragon软件对菊苣小分子化合物进行分子描述符计算,根据计算结果分析菊苣小分子化合物的类药性。三、使用SPSS统计软件对菊苣小分子化合物和已上市的11个高尿酸血症治疗药物的44个主要分子描述进行主成分分析,将多维描述的化学空间投射到二维平面,直观分析菊苣小分子化合物的分布特点,并与高尿酸血症治疗药物的化学空间对比分析,比较异同。第二部分菊苣小分子化合物与抗高尿酸血症靶点分子对接运用分子对接模拟技术,分析菊苣小分子与抗高尿酸血症靶蛋白的相互作用,分析菊苣降尿酸的分子机制。一、准备抗高尿酸血症靶蛋白即受体库,菊苣小分子化合物库即配体库,使用分子对接软件进行对接。对对接结果进行分析,分析受-配复合物相互作用模式,分析其发挥药效的分子机制,并说明结果合理性。二、使用admetSAR在线工具分析分子对接针对每个蛋白筛选出的化合物进行进一步的吸收、分布、代谢、排泄及毒性性质,结合对接结果进一步分析,说明这些化合物如何在机体内发挥作用。第三部分菊苣重要化学成分-山莴苣苦素的药效实验明确分子对接筛选的菊苣药效重要成分的降尿酸效果,从生物学实体研究验证分子对接的合理性。选择虚拟筛选中可抑制多个靶蛋白、ADME/T'性质良好、市场可获、尚未开展生物学的菊苣重要化学成分山莴苣苦素进行药效学实验。以课题组动物模型一高嘌呤饮食诱导的高尿酸血症鹌鹑为研究对象,灌胃给予山莴苣苦素,观察降尿酸效果,并检测相关酶的活性,辅助验证分子对接实验结果。研究结果一、建立了菊苣小分子化合物库,包含253个化合物,其中有60个为菊苣化合物在机体内的代谢产物。二、分别计算了253个菊苣化合物和11个已上市抗高尿酸血症药物的44种分子描述符,分析发现菊苣大部分小分子化合物符合类药五规则,具有良好的类药性质,即具有较好的吸收和渗透能力,但仍有少数化合物不符合五规则。需进一步进行ADME/T预测分析其在体内代谢、分布、排泄情况。三、抽提菊苣小分子化合物44个分子描述符的前两个主成分,累计贡献率达78%,抽提药物分子44个分子描述符的前两个主成分,累计贡献率达80%,均承载了大量的化学空间信息。从主成分散点图可以得出菊苣化学空间分布,且与抗高尿酸血症药物有重合,可能具有抗高尿酸血症药物的药效特点,但其离散度大,化学空间分布多样,预测菊苣可能具有多靶点作用。四、分子对接结果显示,针对5个尿酸生成相关酶黄嘌呤氧化／脱氢酶、5’-核苷酸酶、腺苷脱氨酶、嘌呤核苷酸磷酸化酶、鸟嘌呤脱氨酶,分别筛选出70个、98个、56个、4个、83个得分超过原配体的菊苣小分子化合物。举例分析得分排名前十的化合物与活性位点的作用模式,这些化合物在活性口袋有较好分布,且与阳性对照结合方式相似。五、除个别化合物,大部分化学成分都具有良好的ADME/T性质。六、高尿酸血症模型动物实验。观察山莴苣苦素对高尿酸血症模型鹌鹑的降尿酸作用。山莴苣苦素大(200mg/kg第一周P=0.022,第二周P=0.095,第三周P=0.103)、小剂量组(100mg/kg第一周P=0.033,第二周P=0.059,第三周P=0.058)均可显著降低模型鹌鹑血尿酸水平,并对黄嘌呤氧化酶和腺苷脱氨酶有一定程度的抑制作用。研究结论：一、菊苣化学空间分布的多样性是其治疗高尿酸血症多靶点作用的物质基础。二、菊苣小分子化合物通过单成分—多靶点、多成分—单靶点、单成分—单靶点的协同作用机制发挥多靶点降尿酸作用,其中最主要的是单成分—多靶点的作用。三、分子对接技术能够高效、直观的解释菊苣治疗高尿酸血症的多靶点药效机制,可以推广应用于中药的多靶点机制研究。创新点：1.从化学空间和作用方式两个角度解释菊苣治疗高尿酸血症的多靶点药效机制,阐明了菊苣治疗高尿酸血症的化学实质。2.使用分子对接技术直观、形象的解释了菊苣治疗高尿酸血症的多靶点作用机制。
【学位授予单位】：北京中医药大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R259
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本文编号：1190182