1 贵州中医药大学药学院贵阳 550025
2 贵州中医药大学基础医学院贵阳550025
肝血管瘤是常见的良性肿瘤之一, 临床上常采用柴胡疏肝散进行治疗, 但其具体的作用机制仍是未知的。本研究利用网络药理学和分子对接方法, 通过成分-靶点网络图分析得出关键靶点和成分信息, 对关键靶点和成分进行分子对接, 获得相应分子对接图谱, 并探讨其作用机制。结果显示, 共获得柴胡疏肝散活性成分142个, 相对应靶点269个, 肝血管瘤疾病靶点351个, 两者共同交集靶点61个。基因本体(GO)功能富集有184条生物学过程, 主要涉及转录因子活性、DNA结合及转录的正向调控。京都基因和基因组百科全书(KEGG)通路富集分析筛选得到138条信号通路, 主要涉及PI3K-Akt、乙型肝炎、MAPK、AGE-RAGE等信号通路。分子对接结果显示, AKT1蛋白与活性成分β-谷甾醇结合稳定, VEGFA蛋白与活性成分槲皮素和异鼠李素均结合稳定, ESR1和MAPK3分别与β-谷甾醇和柚皮素结合稳定。柴胡疏肝散可能是通过槲皮素、异鼠李素、β-谷甾醇、山柰酚和柚皮素等活性成分作用于STAT3、AKT1、VEGFA、ESR1、MAPK3等靶点的, 通过诱导血管新生、保护血管和肝细胞的活化等发挥治疗肝血管瘤的作用, 这为临床上应用柴胡疏肝散治疗肝血管瘤提供了理论研究依据。
柴胡疏肝散 肝血管瘤 网络药理学 分子对接 信号通路 words: Chaihu Shugan Powder hepatic hemangioma network pharmacology molecular docking signal pathway
1 温州市人民医院药剂科, 浙江 温州 325000
2 温州市中心医院药剂科, 浙江 温州 325000
3 温州医科大学附属眼视光医院药剂科, 浙江 温州 325003
4 温州医科大学药学院, 浙江 温州 325035
头孢菌素类品种繁多, 应用广泛, 结构间存在一定共同特征, 但不同结构间的性质差异仍缺乏系统性的比较研究, 随着研究技术的不断发展, 光谱技术与量子化学计算相结合的方法已成为探究结构性质和观察药物分子电子结构最有效的方法之一。 为系统全面地研究非前药型第三代头孢菌素结构与性质的关系, 采用密度泛函理论方法X3LYP/6-311+G(d, p)对其几何结构、 红外光谱、 紫外光谱、 分子静电势、 前线分子轨道、 反应性描述符等进行对比分析并结合分子对接适当验证。 该方法计算几何结构如头孢唑肟(CZX)的理论值和实验值基本吻合, 头孢菌素的基本结构(BSC)二面角和键角比较相近, 但N、 O等原子对键长影响较大。 头孢他啶(CZX)和头孢噻肟(CTX)的理论计算红外光谱与实验相符, 非前药型第三代头孢菌素羰基的CO伸缩振动产生的图谱主要集中在1 766~1 644 cm-1之间, 1 650~1 550 cm-1范围内产生的强峰主要是N—H面内弯曲振动引起, 伯胺会在1 340~1 020 cm-1范围内产生强峰。 紫外光谱最强吸收峰主要集中200~250和300~350 nm范围, 其主要是由HOMO→LUMO+1, HOMO-2→LUMO和HOMO-1→LUMO+2等轨道电子跃迁贡献的。 分子表面静电势和局部反应性描述符分析预测极大点和极小点分别大多分布在羟基和氨基的H原子、 羰基O原子和N原子较集中的部位附近。 前线分子轨道与全局反应性描述符预测头孢他啶(CAZ)药物分子最为活泼, 头孢哌酮(CFP)则反之。 分子对接显示与HSA之间的作用力以疏水作用力、 氢键、 π-阳离子相互作用为主, 并验证静电势分析结果。 该研究基于密度泛函理论获得的非前药型第三代头孢菌素的光谱信息和结构性质规律, 可为仿制品制备中的质量控制, 衍生物的新药筛选开发, 作用机理的理解分析等提供重要信息。
非前药 第三代头孢菌素 密度泛函理论 活性位点 分子对接 Non-prodrug Third-generation cephalosporins Density functional theory Reactive sites Molecular docking 光谱学与光谱分析
2023, 43(10): 3211
1 太原师范学院生物系, 山西 晋中 030619 西北大学生命科学学院, 陕西 西安 710069
2 太原师范学院地理科学学院, 山西 晋中 030619
3 西北大学生命科学学院, 陕西 西安 710069
金属β-内酰胺酶（MβLs）可以水解几乎所有的β-内酰胺类抗生素, 这是导致细菌感染治疗中产生耐药性的主要机制。 迄今为止, 由于缺乏临床批准的抑制剂, 这已成为全球关注的问题。 最近来自粘质沙雷氏菌的SMB-1被发现是一种新型的B3亚类MβL, 它可以灭活几乎所有含β-内酰胺环的抗生素。 为了明确SMB-1与β-内酰胺类抗生素的特异性分子识别和作用机制, 采用内源性荧光光谱、 同步荧光光谱、 三维荧光光谱及分子对接方法对碳青霉烯类抗生素亚胺培南(IMIP)与金属β-内酰胺酶SMB-1之间的相互作用机制进行探究。 猝灭光谱结果表明IMIP可以使SMB-1内源性荧光猝灭, 且猝灭机制为动态和静态组合猝灭, 其中静态猝灭为主, 结合常数Ka为16.11×103 L·mol-1（277 K）, 表明两者之间具有很强的结合力; 根据Van’t Hoff方程得出结合过程中的热力学参数ΔG<0, ΔH=-79.65 kJ·mol-1, ΔS=-238.69 J·mol-1, 说明两者的结合是由焓变和熵变共同驱动的, 且氢键和范德华力为主要作用力; 同步荧光结果中, 随着IMIP浓度的增加, SMB-1最大发射波长均发生蓝移4.4和2.9 nm, 表明Tyr和Trp残基参与IMIP与SMB-1的结合过程; 三维荧光光谱中IMIP加入后, SMB-1的Peak B和Peak C强度显著降低, 表明SMB-1与IMIP作用之后的微环境和构象发生了改变, 与同步荧光结果一致。 分子对接结果中IMIP的β-内酰胺环进入SMB-1的结合口袋, 而侧链因空间位阻效应位于活性口袋的外部, 表明SMB-1主要是识别IMIP的核心结构, 与其R2侧链的作用较弱; 与IMIP参与作用的氨基酸残基包括Ser175, Thr177, Gln157, His215和Glu217, 表明这些氨基酸残基与活性部位的两个锌离子是设计具有强亲和力的SMB-1抑制剂的关键因素; 结合自由能也为负值, 表明两者的结合是一个自发放热的过程, 与荧光结果一致。 该研究提供了对SMB-1与IMIP的识别和结合的见解, 可能有助于设计β-内酰胺酶新底物和开发对超级细菌具有抗性的新抗生素。
金属β-内酰胺酶SMB-1 亚胺培南 荧光光谱 分子对接 相互作用 SMB-1 from Serratia marcescents Imipenem Fluorescence spectra Molecular docking Interaction 光谱学与光谱分析
2023, 43(7): 2287
1 河南科技大学食品与生物工程学院, 食品加工与安全国家级教学示范中心, 食品加工与质量安全控制河南省 国际联合实验室, 功能食品资源研究与利用河南省教育厅科技创新团队, 河南 洛阳 471023
2 中原食品实验室, 河南 漯河 462300
乙醇脱氢酶(ADH)在酒精代谢过程中起着关键作用, 通过激活ADH活性可以促进人体对乙醇的吸收, 进而解酒保肝。 对ADH与表没食子儿茶素没食子酸酯(EGCG)的相互作用进行探究, 采用紫外可见光谱、 荧光光谱、 傅里叶变换红外光谱等多光谱法和分子对接法研究了ADH与EGCG的结合机理, 采用差示扫描量热仪测定ADH 和EGCG-ADH复合物的热变性温度, 进而分析二者的热稳定性变化, 并通过扫描电镜表征EGCG-ADH复合物的形貌和结构。 研究表明, EGCG激活了ADH的催化活性, 激活率为33.33%。 EGCG作用于ADH引起其微环境变化和二级结构变化, 形成了结合位点数接近于1的复合物, 范德华力和氢键对其稳定性起着重要作用; 相较于ADH, EGCG-ADH的二级结构中α-螺旋含量降低而β-折叠含量升高; 分子对接结果进一步证实了EGCG苯环羟基与周围氨基酸之间的氢键有利于保持配合物的稳定性, 而EGCG和ADH之间存在的范德华力和正烷基是ADH活性被激活的主要原因。 结果证明EGCG通过与ADH结合, 激活ADH的催化活性, 可为制备更加安全高效的解酒剂替代品提供理论指导。
乙醇脱氢酶 表没食子儿茶素没食子酸酯 相互作用 光谱法 分子对接 Alcohol dehydrogenase (ADH) Epigallocatechin gallate (EGCG) Interaction Spectroscopic Molecular docking 光谱学与光谱分析
2023, 43(11): 3622
1 山西中医药大学中药与食品工程学院, 山西 晋中 030619
2 山西中医药大学, 基于炎性反应的重大疾病创新药物山西省重点实验室, 山西 晋中 030619
小窝蛋白-1(CAV-1)在动脉粥样硬化等心血管疾病的发生发展中发挥关键作用。 为了解槲皮素与CAV-1的相互作用, 在模拟生理环境和不同温度条件下, 采用多光谱法、 同源模建、 分子对接模拟和生物膜(BLI)技术进行研究。 荧光猝灭数据结果显示, 猝灭速率常数Kq值远大于2.0×1010 L·mol-1·s-1, 且猝灭常数KSV随温度升高而降低, 证明槲皮素和CAV-1相互作用的猝灭过程为静态猝灭; 而热力学参数, 焓变ΔH＜0、 熵变ΔS＜0且ΔG＜0, 表明二者的结合过程是自发、 焓驱动的, 其相互作用的主要类型为范德华力和氢键作用。 通过对槲皮素与CAV-1相互作用的同步荧光光谱和三维荧光光谱分析, 随着槲皮素的加入, CAV-1的荧光强度逐渐降低, 证明二者之间发生了相互作用。 进一步分析发现, 同步荧光光谱中槲皮素使CAV-1中的芳香族氨基酸残基的最大发射波长发生了轻微红移, 周围的微环境极性增强, 亲水性增加, 表明槲皮素的加入使CAV-1的蛋白质构象发生了改变。 紫外-可见光谱结果显示, CAV-1与槲皮素之间形成了一个基态复合物, 进一步证实了CAV-1与槲皮素之间的静态猝灭机制。 采用同源模建技术建立CAV-1的X射线晶体结构模板。 分子对接模拟结果显示两者结合力为-7.372 kcal·mol-1。 对接结果表明槲皮素结合点位于由GLU20, ASP70, VAL16和ARG19等氨基酸形成的活性口袋中, 与GLN21, VAL16和ARG19位点产生范德华力作用, 与GLU20, ASP70位点存在氢键作用力。 各种作用力影响了CAV-1的微环境变化, 导致其荧光猝灭, 是参与复合物形成的关键因素。 最后, 利用BLI技术对槲皮素和CAV-1的结合进行定量研究, 研究结果显示, 二者具有良好的的结合活性, 结合解离平衡常数KD值为2.50×10-5 mol·L-1; 其响应信号值随槲皮素浓度的升高而增强, 表明CAV-1与槲皮素之间存在特异性结合。 该研究有助于了解槲皮素与CAV-1的相互作用机制, 为槲皮素治疗动脉粥样硬化的作用靶点研究提供参考。Multi-Spectroscopy Methods
槲皮素 小窝蛋白-1 相互作用 多光谱法 同源模建 分子对接 生物膜干涉技术 Quercetin Caveolin-1 Interaction Multi-spectroscopy Homology modeling Molecular docking Bio-layer Interferometry
1 天津科技大学食品科学与工程学院, 食品营养与安全国家重点实验室, 天津 300457
2 九江安德和生物科技有限公司, 江西 九江 332000
3 九江学院药学与生命科学学院, 江西 九江 332000
4 江西丹霞生物科技有限公司, 江西 鹰潭 335000
实验室前期研究结果表明, 在国家规定的药食两用物品名单中, 丁香抗氧化活性最强。 前人发现天然产物的抗氧化功能与抗糖基化活性息息相关。 因此, 目的是在此基础上进一步对丁香精油(clove essential oil, CEO)的抗糖基化活性及其中含量最高的组分-丁香酚(Eugenol)与牛血清白蛋白(bovine serum albumin, BSA)的相互作用进行研究。 在低密度脂蛋白(low density lipoprotein, LDL)的非酶糖基化孵育体系中, 光谱测定结果表明CEO对LDL糖基化早期、 中期和末期产物的生成均具有显著的抑制效果, 且对末期产物的抑制作用最强。 采用气相色谱-质谱联用技术(gas chromatography mass spectrometry, GC-MS)对CEO分析发现, CEO中含量最多的组分是丁香酚。 通过多光谱和分子对接对丁香酚与BSA的相互作用研究发现, 紫外-可见(ultraviolet-visible, UV-Vis)光谱表明丁香酚与BSA之间存在相互作用; 在荧光发射光谱中, 随着丁香酚浓度增加, BSA的荧光强度逐渐增强且发生蓝移, 进一步证明了二者之间存在相互作用。 通过计算不同温度下的结合常数发现, 丁香酚与BSA产生相互作用过程中有热力学过程参与, 热力学参数和位点标记竞争试验表明丁香酚通过氢键和范德华力与BSA在位点Ⅰ结合。 随着丁香酚浓度增加, 丁香酚与BSA混合体系的同步荧光(synchronous fluorescence, SF)、 三维荧光(three-dimensional, 3D)和傅里叶变换红外(Fourier transform infrared, FTIR)光谱的信号强度在发生变化的同时也发生了位移, 表明丁香酚的添加使BSA构象发生了改变。 通过分子对接技术进一步验证了丁香酚与BSA间相互作用的试验结果。 该研究为丁香进一步开发应用提供理论支持。
丁香精油 抑制低密度脂蛋白糖基化 丁香酚- 牛血清白蛋白相互作用 荧光光谱 分子对接 Clove essential oil Inhibition of low density lipoprotein glycation Eugenol-bovine serum albumin interaction Fluorescence spectroscopy Molecular docking
广西石油资源加工及过程加强化技术重点实验室, 广西大学化学化工学院, 广西 南宁 530000
血管紧张素转化酶(ACE)是一种含锌离子的羧二肽酶, 通过肾素-血管紧张素系统和激肽释放酶-激肽系统进行血压调节。 食源血管紧张素转化酶抑制肽(ACEIP)可抑制ACE的活性对高血压控制有利。 以鲣鱼蛋白分离出的ACE抑制肽Leu-Lys-Pro(LKP)为原料, 采用荧光光谱法、 紫外-可见光谱法、 圆二色谱法、 等温滴定量热法(ITC)以及分子对接技术研究了LKP对ACE的抑制机理。 荧光光谱结果表明, LKP能够有效猝灭ACE的内源荧光, 猝灭机制为静态猝灭, 两者结合可形成较稳定的复合物, ACE中色氨酸和酪氨酸残基所处的微环境疏水性减小, 导致极性增强。 紫外、 圆二色谱结果表明, LKP与ACE结合会导致ACE构象发生改变, ACE与LKP结合后二级结构比未结合时松散, 为紧密-松散-稍紧密的变化过程。 ITC测得LKP与ACE结合的焓变(ΔH)、 熵变(ΔS)、 化学计量比(n)以及结合常数(Ka)等热力学参数, 结果表明两者结合反应是由熵驱动的自发吸热过程, 结合力主要为疏水作用, 确定LKP与ACE相互作用的结合位点数约为1, 且随温度升高而增加。 LKP与ACE的结合常数Ka分别为2.2×103, 0.9×103和5.3×103, 说明两者亲和力较小。 分子对接结果表明, ACE活性中心的S1口袋的氨基酸残基Gln281, Lys511与LKP形成氢键相互作用, His353, His513与LKP具有疏水作用, LKP主要通过疏水作用与ACE结合, 氢键稳定蛋白空间结构。 该研究对了解ACE抑制肽与ACE的作用机制提供了一定的帮助, 为开发新的治疗高血压药物建立一定的理论基础。
血管紧张素转化酶 抑制肽 光谱法 等温滴定量热 分子对接 Angiotensin I-converting enzyme (ACE) Inhibitory Peptides Spectroscopic method Isothermal titration calorimetry Molecular docking 光谱学与光谱分析
2022, 42(7): 2107
1 许昌学院食品与药学院, 河南 许昌 461000
2 西北农林科技大学食品科学与工程学院, 陕西 杨凌 712100
采用荧光光谱法、 同步荧光光谱法、 三维荧光光谱法、 紫外光谱法以及分子对接法研究了柠檬黄与牛血清白蛋白(BSA)的相互作用。 柠檬黄与BSA相互作用的荧光光谱分析表明柠檬黄能有效猝灭BSA的内源荧光, 根据Stern-Volmer方程计算得到柠檬黄对BSA的荧光猝灭常数KSV随着温度的升高而逐渐降低, 表明柠檬黄对BSA的荧光猝灭过程属于静态猝灭; 通过静态猝灭双对数公式计算结合常数KA为4.335×107 L·mol-1(293 K), 结合位点数n约为1, 说明柠檬黄与BSA有很强的结合能力, 且形成了一个结合位点; 根据Van’t Hoff方程确定柠檬黄与BSA结合过程中的热力学参数ΔH=-154.5 kJ·mol-1, ΔS=-387.8 J·mol-1·K-1, ΔG<0, 两者之间的作用力主要为氢键和范德华力, 且该结合过程是自发进行的; 根据Förster非辐射能量转移理论计算得到结合距离r为3.310 nm, 说明柠檬黄与BSA相互作用过程中发生了非辐射能量转移; 同步荧光光谱分析表明, 随着柠檬黄浓度的增加, Tyr残基和Trp残基的荧光强度都逐渐降低, 表明Tyr残基和Trp残基均参与了柠檬黄与BSA的作用过程; 三维荧光光谱分析表明柠檬黄的加入引起peak 1和peak 2的峰强度显著降低, 同时peak 2的发射波长发生了变化, 表明BSA的肽链结构发生了改变; 随着柠檬黄浓度的增加, BSA的紫外吸收峰峰值逐渐增大; 光谱分析结果表明柠檬黄与BSA的结合使BSA的构象发生改变, 从而改变Trp残基和Tyr残基周围微环境, 导致其发光效率降低; 分子对接表明柠檬黄结合在BSA的Ⅲb亚域, 柠檬黄周围的氨基酸残基主要包括: Phe506, Thr507, Ala527, Leu528, Met547, Gly571, Pro572, Leu574, Val575, Thr578。 柠檬黄与BSA间主要通过范德华力与极性不带电荷的Thr507, Thr578残基作用。 苯环磺酸基O与Thr507残基侧链—OH的H形成氢键。 柠檬黄周围也存在非极性氨基酸残基, 因此, 疏水作用也可能是柠檬黄与BSA间非共价作用方式之一。 该研究有助于了解柠檬黄与BSA的作用机制, 为揭示柠檬黄在生物体内的分布、 代谢及毒理作用机制等提供参考。
柠檬黄 牛血清白蛋白 多光谱法 分子对接 Tartrazine Bovine serum albumin Multispectral method Molecular docking
1 山东中医药大学, 济南 250014
2 山东中医药大学第一附属医院, 济南 250014
通过网络药理学与分子对接的方法研究防己黄芪汤治疗小儿肾病综合征(NS)的作用机制。系统检索TCMSP平台获取防己黄芪汤的有效活性成分78个、作用靶点206个, 并依据Uniprot已载入的基因名称规范靶点的名称。通过检索OMIM、DisGenet数据库获取小儿肾病综合征的作用靶点, 对收集到的疾病靶点进行去重整理并通过Uniprot数据库进行规范后, 共收集到疾病靶点1 754个。通过韦恩在线平台绘制韦恩图, 获取药物和疾病的共同靶点48个。通过Cytoscape软件绘制防己黄芪汤活性成分-药物-疾病共同作用靶蛋白网络, 依据自由度值选取关键活性成分槲皮素、7-O-甲基-异微凸剑叶莎醇、山奈酚、美迪紫檀素、4′, -甲氧基光甘草定。将药物疾病共有靶点导入String平台, 获取蛋白互作网络, 并通过Cytoscape软件对蛋白互作网络进行拓扑分析和网络子模块分析, 得到核心靶点AKT1、MYC、TP53。通过Metascape平台对公共作用靶点进行基因本体论(GO)和京都基因与基因组百科全书(KEGG)通路分析, 发现主要涉及到的生物过程有循环系统、细胞应激、生长调节、蛋白质丝氨酸/苏氨酸激酶活性的调节、白细胞分化等, 与小儿肾病综合征有关的通路主要有MAPK信号通路和PI3K-Akt信号通路。通过AUTODOCK软件对关键靶点和关键成分进行分子对接, 结果均小于-5.0?kcal/mol。经过分析发现, 防己黄芪汤对于小儿NS的治疗主要依赖于MAPK和PI3K-Akt两条信号通路, 并且通过槲皮素、7-O-甲基-异微凸剑叶莎醇、山奈酚、美迪紫檀素、4′, -甲氧基光甘草定等活性成分作用于MYC、AKT1靶蛋白, 同时需要循环系统、细胞应激、生长调节、蛋白质丝氨酸/苏氨酸激酶活性的调节、白细胞分化等多种生物过程的参与来实现多成分、多靶点、多层次、多途径复杂的综合调控。该研究为防己黄芪汤进一步的研究和临床应用提供了参考依据。
防己黄芪汤 小儿肾病综合征 网络药理学 分子对接 作用机制 Fangji Huangqi Decoction pediatric nephrotic syndrome network pharmacology molecular docking mechanism
1 内蒙古科技大学化学与化工学院, 内蒙古 包头 014010
2 清华大学生命科学学院, 北京 100084
在模拟生理环境中, 使用荧光光谱法、 紫外光谱法、 圆二色谱法、 同步荧光光谱法、 三维荧光光谱法与分子对接模拟法研究黄腐植酸和牛血清白蛋白(BSA)之间相互作用。 在荧光光谱法研究中, 经Stern-Volmer方程计算得到298, 303和308 K温度下的动态荧光猝灭速率常数Kq和猝灭常数, 证明BSA与黄腐殖酸(FA)相互作用的猝灭过程为静态猝灭; 同时根据计算得出的结合位点数n都在1附近, FA与BSA体系相互作用比为1:1; 利用静态猝灭双对数方程计算三个温度下的热力学参数, 焓变ΔH<0, 熵变ΔS<0, 得出结论, FA与BSA之间的主要作用力为氢键和范德华力; ΔG<0, 说明作用过程为自发过程。 采用Förster's偶极-偶极非辐射能量转移理论, 计算出结合距离r=6.340 nm, 表明BSA与FA之间存在非辐射能量转移。 分子对接模拟结果表明FA与BSA残基的结合作用力具有氢键和范德华力, 同时二者之间还存在疏水作用力, 多种力共同作用使FA与BSA能够稳定结合。 通过对FA与BSA相互作用的紫外-可见吸收光谱分析, 发现BSA最大吸收峰发生了较为明显的红移, 表明FA使BSA的二级结构发生改变。 通过研究FA与BSA相互作用的同步荧光光谱, 得到FA使BSA中的色氨酸(Trp)残基周围的微环境极性增强, 疏水性减弱, 亲水性增强, 使BSA的蛋白质构象发生了一定程度的改变。 通过研究FA与BSA相互作用的三维荧光光谱, 峰1(peak 1)与峰2(peak 2)的最大发射波长峰都发生了红移, 证明FA与BSA发生了相互作用, FA使BSA周围环境的极性增大, 疏水性减小, 亲水性增加, BSA蛋白质构象发生变化。 最后采用圆二色谱法进行分析, 利用软件计算得出该实验相互作用体系下α-螺旋(α-Helix)减少2.3%、 β-折叠(β-sheet)增加7.7%、 β-转角(β-Turn)增加0.6%和无规则结构(Random coil)含量减少1.2%, β-折叠(β-sheet)含量增加最为明显, 强有力地说明了FA使BSA结构发生了改变。
牛血清白蛋白 黄腐植酸 多光谱法 分子对接模拟 Bovine serum albumin Fulvic acid Multi-Spectroscopy Molecular docking 光谱学与光谱分析
2021, 41(9): 2904
