基于计算化学方法研究黄芪降血糖作用的药效物质与作用机制

Firstly, the computational chemistry method was used to build a 3D structural database of radix astragali chemical components, based on reports; the homological modeling method was used to build a protein 3D structural database of diabetes clinical targets, based on diabetes disease network analysis. Lately, the molecular docking method was used in virtual screen and targets prediction, the α-glucosidase and sodium/glucose cotransporter 2 were hit. Based on former work, a anti diabetes bioactive chemical 3D structural database was planed to be set up for the used of molecular similarity techniques to find additional new target; based on the molecular docking and similarity search results, chemical hits were planed to be isolated and identified, to get as more chemicals as possible; the bioactive assays were planed with those hit targets; the activity and structural relation would be studied use 3D-QSAR method to conform and explain the mechanism; the scientific contents of radix astragali hypoglycemic effects would be uncovered by meta analysis of categorical bioactive constituents. the computational chemistry method ( homological modeling, molecular docking, molecular similarity search, 3D-QSAR as such techniques) was schemed in our research to study the bioactive material basis and mechanism of radix astragali hypoglycemic effects in a new angle.

黄芪在中医糖尿病治疗中具有重要作用。申请人前期采用同源模建等技术构建了糖尿病治疗靶标的蛋白质3D结构模型库和黄芪小分子化学成分3D结构数据库，运用分子对接技术，对黄芪小分子化学成分进行了虚拟筛选和靶标预测，发现多类成分集中命中α-葡萄糖苷酶（AG）和钠-葡萄糖协同转运蛋白2（SGLT2）。项目拟在此基础上，再构建抗糖尿病药物及活性小分子3D结构模型库，运用分子相似性搜索技术，寻找AG 和SGLT2外，还可能在黄芪降血糖作用中起效的靶标；针对分子对接和分子相似性搜索结果，进行验证，即从蒙古黄芪中分离虚拟筛选命中化合物及同类型成分，测试相应活性；用3D-QSAR技术，进行构效研究，揭示作用模式和机制；通过对各类别活性成分作用的整合分析，揭示黄芪降血糖的科学内涵。本项目尝试运用计算化学方法（同源模建、分子对接、分子相似性搜索、3D-QSAR等技术），从新的视角研究黄芪降血糖的药效物质和作用机制。

项目计划在构建的糖尿病治疗靶标虚拟筛选系统基础上，对文献报道的黄芪化学成分进行虚拟筛选，针对虚拟筛选结果从蒙古黄芪中靶向分离虚拟筛选命中化合物，通过实测验证虚筛结果。项目执行过程中，我们发现黄芪特征图谱上主要色谱峰中仍有大量未知结构，不在文献报道的黄芪化学成分之列，这给我们的研究提出了新的挑战和问题，意即中药黄芪的化学物质仍然缺乏深入系统的研究，于是我们决定增加黄芪化学成分研究这一新的研究内容，为黄芪抗糖尿病活性成分的虚拟筛选和验证夯实研究基础。我们从蒙古黄芪分离鉴定了61个主要成分，其中新化合物多达34个，属首分9个，臭椿型三萜则为首次从黄芪中报道。我们的研究完善了对黄芪这样一味常用中药化学成分的认识，为药材及其组方中成药作用机制的阐释、科学质量标准的建立等奠定了基础。. 项目构建了抗糖尿病药物及活性小分子3D 结构模型库，结合前期构建的糖尿病治疗靶标的蛋白质3D 结构模型库，发表了1篇SCI论文（Journal of Molecular Structure, 1098(2015): 199-205），形成了完整的糖尿病治疗靶标虚拟筛选系统。运用糖尿病治疗靶标虚拟筛选系统对上述61个化合物进行靶点预测和筛选，选择三种靶标进行验证，发现了多类α-葡萄糖苷酶抑制剂和二肽酶4抑制剂。虽然实际活性测试的结果并不完全与虚拟筛选结果一致，但虚拟筛选和靶点预测能为活性测试提供了重要线索，为中药药效物质和作用机制研究提供了有益的策略借鉴。. 项目还分别采用DPPH方法和ORAC方法，评价了所有61个化合物的抗氧化活性，结合虚拟筛选并验证的α-葡萄糖苷酶抑制活性成分和二肽酶4抑制活性成分，为解析黄芪传统功效提供了参考。