虚拟筛选辅助揭示中药药效物质基础的思路与初(2)

中草药综述

·1666· 中草药 Chinese Traditional and Herbal Drugs 第42卷 第9期 2011年9月

明确中药（包括复方）的药效物质基础对于实现中药现代化的目标是非常重要的。中药的化学成分比较复杂，完全明确药效物质基础可能意味着需要最终明确所研究中药究竟含有哪些化学成分以及其中哪些成分与其功能主治有关。按照一般的研究方法，先从中药中逐一分离、鉴定化学成分，然后再进行各种药理学实验测试活性，这种方法的效率显然很低。而如果采用某种药理筛选模型，尤其是高通量筛选模型来发现中药的活性部位，进而捕获活性成分并鉴定结构，效率无疑会大大提高。但是，当评价多种药理活性时，整个筛选过程不得不重头再来，而且漏筛现象比较普遍。目前许多常用中药的化学成分研究已经相当深入，如甘草、人参等中药已确证结构的化学成分就多达数百种，但多数成分尚无或只有少量的活性数据。如果按常规方法系统地评价这些成分的多种（多靶点）活性，将是一项长期的、浩大的工程。设想如果能对化学成分的活性进行较准确的预测，根据预测结果再进行有针对性的药理实验进行验证，则必将显著提高中药化学成分活性评价的效率，大大缩短中药药效物质基础研究的进程。近年来发展起来的已趋于成熟并且具有较高预测精度的基于靶点的虚拟筛选技术使这一设想成为可能。 1 虚拟筛选技术

1.1 虚拟筛选的含义及实现方法

虚拟筛选是伴随着计算机科学和新药筛选理论的进步而发展起来的一种计算机辅助活性评价技术。虚拟筛选的基本思路是：对于大量给定结构的化合物，用计算机模拟其与给定靶点的相互作用，如果经过计算机在理论上证明这些化合物对于该靶点有活性，再通过提取或合成等方法获得这些化合物，然后用相应的药理实验对理论活性进行验证，从而快速筛选出真正有活性的成分。虚拟筛选是通过计算机软件来实现的，其理论和软件是在总结成千上万有关药物与人体相互作用的实验或临床数据的基础上形成的，因而并非凭空臆断地进行推测。常见的虚拟筛选软件有Sybyl、Insight II、Dock、Gold、Glide、AutoDock、eHiTS等，因计算量大，它们大都运行在大型工作站（如SUN公司的SGI工作站）的Linux等平台上。近年来，随着计算机科学的飞速发展以及个人电脑性能的不断提高，部分软件已经可以在个人电脑上运行。另外，一些基于Windows平台的高精度虚拟筛选软件也不断涌现，如ICM-Pro

和Molegro Virtual Docker等，使得运用个人电脑进行小规模虚拟筛选成为可能。 1.2 虚拟筛选的预测精度

虚拟筛选结果的阳性率远远高于常规筛选方

法，并已有很多成功应用的例子[1]。Doman等[2]通过PTP1B靶标对比了高通量筛选和虚拟筛选两种方法，结果显示高通量筛选获得活性化合物的阳性率为0.021%，而虚拟筛选的阳性率则高达34.8%。Shen等[3]针对PPAR靶标进行虚拟筛选，

发现具有理论活性的化合物142个，其中76个被证明有不同程度的活性，阳性率高达53.7%。2003年SARS爆发期间，根据SARS冠状病毒蛋白水解酶（SARS-CoV Mpro）的同源蛋白模拟结构，针对现有药物库MDL/CMC进行虚拟筛选，发现了抗精神分裂药物肉桂硫胺是SARS-CoV Mpro的抑制剂，随后的实验证明了该药物的作用[4]。随着现代科技的进步，虚拟筛选技术的预测精度也在不断地提高，虽然目前虚拟筛选软件尚无法接近100%的预测准确性，但其良好的预测精度和导向性对于评价给定化合物的活性有很好的参考价值，有力地避免了研究的盲目性，并能在很大程度上节省研究时间和经费。

2 虚拟筛选辅助揭示中药药效物质基础的思路 2.1 基本思路

中药成分复杂，作用靶点较多，作用方式也很复杂。全面揭示中药药效物质基础，一种理想化的结果是：鉴定出该中药所含的所有化学成分，针对该中药功效所涉及到的靶点，明确每一化学成分及其体内代谢产物对每一靶点的作用情况。尽管已经从中药中鉴定了成千上万的化合物结构，但是，大多数化合物对各种靶点的作用尚难以进一步用实验去证明。将中药所含化学成分系统地、逐一地针对各靶点进行药理实验测试是不可想象的，但如果引入虚拟筛选技术，则有可能使情况大为改观，而且随着中药化学成分结构表征研究的深入，逐渐接近上述理想化结果的可能性是存在的。

按照虚拟筛选的方法，对于那些已鉴定结构的中药化学成分，在无需制备各成分样品的情况下，针对与中药功效相关的各个靶点，用计算机软件逐一模拟体内的相互作用，在理论上评价各化学成分有无活性，进而以有理论活性的成分为研究对象，用药理实验验证其对靶点的真实作用，可以快速地揭示中药中哪些成分能够代表其药效物质基础。对于与中药功效相关的新发现的靶点，亦可按此思路