基于分子对接研究独活寄生汤治疗骨性关节炎的药效物质基础及作用靶点

来源 :福建中医药大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:clarkkevin_
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目的:  探讨独活寄生汤治疗骨性关节炎(Osteoarthritis,OA)的药效物质基础与作用靶点。  方法:  1.从中药原植物化学成分手册、北京大学中草药有效成分数据库和文献中,搜索独活寄生汤化学成分,构建独活寄生汤化学成分分子数据库;通过Discovery Studio(DS)的分子对接平台,选取已经明确的OA治疗靶点蛋白聚糖酶1(ADAMTS-4)、蛋白聚糖酶2(ADAMTS-5)、基质金属酶(MMP)-1、MMP-2、MMP-3、MMP-7、MMP-8、MMP-9、MMP-11、MMP-13、环氧化酶-2(COX-2)、人核因子κB抑制物激酶β(IKK-β)和5-脂氧合酶(5-LOX)为受体,对独活寄生汤化学成分进行虚拟筛选,预测独活寄生汤治疗OA的药效物质基础及作用靶点。  2.以独活寄生汤治疗OA的药效物质基础为研究对象,借助DS软件的定量构效关系和主成分分析平台,描述其化学空间。通过与已经批准治疗OA的药物比较,研究独活寄生汤治疗OA的药效物质基础化学空间特征;借助Cytoscape2.8.3软件的网络构建和分析平台,构建独活寄生汤药效物质基础-靶点作用网络和靶点-疾病网络,研究独活寄生汤药效物质基础的作用网络特征。  3.采用血清药理学方法,将健康2月龄清洁级SD雄性大鼠36只,随机分为生理盐水组、壮骨关节丸组和独活寄生汤组,每组各12只。分别给予相对应的给药量灌胃7天,腹主动脉采血,制备含药血清。  4.取4周龄清洁级SD大鼠的膝关节软骨组织,经Ⅱ型胶原酶消化后,用含10%胎牛血清的DMEM培养液培养软骨细胞,采用甲苯胺蓝染色法和Ⅱ型胶原免疫组化法鉴定第三代的软骨细胞,作为后续的实验用。  5.选取5个独活寄生汤治疗OA的预测靶点为研究对象,以IL-1β诱导的退变软骨细胞为模型,借助血清药理学和蛋白印迹平台,将第3代软骨细胞分为空白对照组、模型组(IL-1β+生理盐水血清)、治疗组1(IL-1β+独活寄生汤组血清)和治疗组2(IL-1β+壮骨关节丸血清),观察各组中预测靶点的表达变化,以期进一步阐明独活寄生汤治疗OA的靶点,并对其机制做初步探讨。  结果:  1.构建了含有566个化合物的独活寄生汤化学成分分子数据库;以ADAMTS-4、ADAMTS-5、MMP-1、MMP-2、MMP-3、MMP-7、MMP-8、MMP-9、MMP-11、MMP-13、 COX-2、IKK-β和5-LOX为靶点,以原配体打分值为阈值,从独活寄生汤化学成分分子数据库中分别筛出与其结合较好的化合物0、1、172、103、28、2、91、113、33、16、14、127和117个,视为独活寄生汤的药效物质基础。  2.化学空间特征研究结果显示,独活寄生汤药效物质基础在分子量、氢键受体数目、氢键给体数目、脂水分配系数等描述符值的区间比已批准OA治疗药物广。而且,在化学空间上分布很分散,与药物分子有较大的重叠。  3.网络特征研究结果显示,独活寄生汤药效物质基础对OA治疗靶点的作用方式不是线性关系,即大部分化合物只能作用于1个靶点,仅少数的化合物能作用于多个靶点,而且,具有混杂药物性质的化合物占70%。药效物质基础-靶点作用网络在路中心、最近距离中心、平均最短路径长度和拓扑系数统计上,具有较广的分布。此外,靶点-疾病网络显示预测的12个独活寄生汤作用靶点与18类疾病有关。  4.细胞鉴定结果显示,细胞经甲苯胺蓝染色后呈异染性,Ⅱ型胶原免疫细胞化学染色阳性,由此说明分离细胞为软骨细胞。  5.Western blot结果显示,与空白对照组相比,模型组的MMP-1、MMP-3、MMP-9、MMP-13和COX-2表达明显上调(P<0.01)。与模型组相比,治疗组1和治疗组2的MMP-1、MMP-3、MMP-9、MMP-13和COX-2表达明显下调(P<0.05)。与治疗组2相比,治疗组1的MMP-3、MMP-9、MMP-13和COX-2表达与治疗组2无明显差异(P>0.05),但治疗组1的MMP-1表达与治疗组2有明显差异(P<0.01)。  结论:  1.独活寄生汤的药效物质基础包含了264个化合物,能作用于12个OA治疗靶点。  2.通过定量构效关系和生物网络平台,直观显示了独活寄生汤药效物质基础的化学空间和网络特征,揭示了其主要是通过混杂药物的方式起作用,能用于治疗包括OA在内的多种疾病。  3.独活寄生汤能显著抑制IL-1β诱导的退变软骨细胞中MMP-1、MMP-3、MMP-9、MMP-13和COX-2表达,验证了分子对接预测独活寄生汤治疗OA的作用靶点为MMP-1、MMP-3、MMP-9、MMP-13和COX-2。在一定程度上表明了独活寄生汤有可能通过抑制软骨细胞的分解代谢及炎症介质表达,达到保护软骨、镇痛的作用,在治疗OA方面具有重要的价值。
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