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目的: 在中药黄芩活性成分数据库中,虚拟筛选中药黄芩中的有效成分,并研究其相关活性成分与靶标的关系和作用方式,明确中药黄芩治疗多发性骨髓瘤骨破坏的可能作用途径及机理,为进一步的分子生物学研究提供坚实的基础。 方法: 建立中药黄芩活性成分结构数据库,选择与多发性骨髓瘤骨破坏密切相关的PI3K/Akt信号通路,在RCSB蛋白数据库中选择PI3K gammar及Akt2的三维蛋白质晶体结构,利用Discovery Studio(DS)2.1 software(DS Catalyst;Accelrys)进行分子虚拟对接,并分别以蛋白质的内源性配体为阳性对照,从结合位点、对接评分、氢键形成、ππ共轭作用及其相关的氨基酸残基等方面分析比较其作用机理。 结果: 1.从对接评分来看,与Akt2的对接结果示:得分最高的前十个物质结构分别是滇黄芩苷丙(95.59)、滇黄芩苷乙(90.02)、5,8,2′-三羟基-7-甲氧基黄酮(75.49)、3,6,7,2′,6′-五羟基二氢黄酮(74.11)、4′,5,7-三羟基-6-甲氧基黄烷酮(73.03)、5,8,2′-三羟基-6,7-二甲基黄酮(72.54)、二氢木蝴蝶素(72.42)、5,7,4′-三羟基-6-甲氧基二氢黄酮(70.64)、5,7,4′-三羟基-8-甲氧基二氢黄酮(70.34)、红花素(68.03)。内源性配体A-443654的评分是117.02。与PI3K gammar的对接结果示:得分最高的前十个物质结构分别是粘毛黄芩素Ⅲ-2′-O-β-D吡喃葡萄糖苷(66.576)、异黄芩素8-O-D葡萄糖醛酸苷(58.193)、滇黄芩苷乙(57.542)、滇黄芩苷丙(55.911)、汉黄芩苷(52.364)、木蝴蝶素A-7-O-葡萄糖醛酸苷(52.132)、黄芩素-7-O-β-吡喃葡萄糖苷(52.131)、7-O-D葡萄糖苷(52.082)、黄芩苷(50.388)、5,6-二羟基黄酮-7-O-葡萄糖苷(49.356)。内源性配体的评分是30.392。 2.从对接评分,结合氢键及ππ共轭作用形成分析,与Akt2的对接结果示:在活性位点Site1内,得分最高的前十个物质结构及阳性对照,均能形成数量不等的氢键,其所涉及的氨基酸残基分别为GLU236、GLY159、GLU230、LEU158、MET282、LYS181、THR292、MET229和ALA232,并且,均能与活性位点中的残基 PHE163中的苯环形成ππ共轭作用。说明它们有相近的结合活性和相似的作用机理;与PI3K的对接结果示:在内源性配体所在的活性位点内,得分最高的前十个物质结构及阳性对照,均能形成数量不等的氢键,其所涉及的氨基酸残基分别为ASP950、L-YS807、SER806、ASN951、ASP964、LYS833、VAL882和ASP841,并且,其中有8个与活性位点中的残基PHE163或TYR867中的苯环形成ππ共轭作用。 3.与Akt2及PI3K gammar对接较理想的活性结构中,主要是黄酮类结构,特别是黄芩苷及结合葡萄糖苷的黄芩素。 4.滇黄芩中的黄芩苷(滇黄芩苷)对Akt2及PI3K gammar均显示了较好的结合活性,但药典所列的标准品黄芩苷仅对PI3K gammar显示出较好的结合活性。 结论: 1.黄芩活性物质中,能靶向与PI3K/Akt信号通路结合的主要是黄酮类结构,且结合机理与内源性配体相似,部分活性成分显示出比内源性配体更强的结合活性。此结果提示,中药黄芩的活性成分可以作为一种天然的PI3K/Akt信号通路抑制剂。而且由于中药具有更少的毒副作用,所以,中药黄芩在防治多发性骨髓瘤骨破坏中有巨大的挖掘潜力。 2.滇黄芩中的主要活性成分滇黄芩苷显示了对此通路的多靶点特性:同时对Akt2和PI3K gamma都有较好的结合活性;而药典所列的正品黄芩中的主要活性成分黄芩苷则显示了特异性的针对PI3K gammar靶标的特点。这提示中药不同产地的活性成分在结构及其活性上的差异。 3.本实验利用电脑虚拟对接技术,基于复杂的中药活性结构数据库,通过探讨与靶标蛋白晶体结构的结合机理,高通量地筛选了机理确切的中药活性成分,为进一步的分子生物学研究及体内实验打下了坚实的基础,也为中药的现代研究提供了一种可借鉴的方法。