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云计算驱动的桃仁红花煎药理计算:中草药分子活性与心血管疾病治疗
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更新于2024-07-02
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云计算在中药领域中的应用,尤其是在复杂方剂如桃仁红花煎的研究中,展现出强大的潜力。这篇论文深入探讨了将现代计算技术引入传统中药药理学研究的新途径。桃仁红花煎源自古代医学典籍《素庵医案》,由一系列具有独特功效的中草药组成,主要针对心血管疾病。传统的药理研究往往侧重于临床疗效,但为了推动中药的现代化,研究人员需要从分子层面理解其作用机制。 论文的核心内容分为三个步骤: 1. 化学描述符分析与主成分分析:首先,通过对桃仁红花煎中672种化合物小分子的化学描述符进行收集和计算,这些描述符反映了分子的结构特征。接着,通过主成分分析(PCA)技术,将这些小分子与112个已知心血管疾病药物分子进行比较,将它们在化学空间中进行可视化,揭示它们之间的关联性和可能的相似性。 2. 虚拟筛选与分子对接:接着,研究人员利用分子对接方法,模拟桃仁红花煎小分子与47个心血管疾病相关蛋白质靶点的结合能力,评估它们的活性。通过这一过程,筛选出得分高的15种活性分子,其中11种已知具有抗氧化和抗炎特性,这表明该方剂可能通过特定的生物活性化合物来干预疾病进程。 3. 精细化对接与作用机制验证:最后,论文作者通过更精确的软件AutoDock对接技术,对9个候选分子与靶标进行深入分析,探究其与靶点的精确相互作用以及对接数据,从而进一步确认虚拟筛选的结果,并揭示了桃仁红花煎治疗心血管疾病的具体分子机制。 这篇论文运用云计算和计算药理学的方法,为中药桃仁红花煎提供了新的科学依据,不仅提升了中药研究的精确度,也为未来个性化药物设计和开发提供了可能,对于中药现代化和创新具有重要意义。
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第一章 综述
9
2.
数据库搜寻,该方法主要分为两种。一种是基于配体的,即以药效基团
模型为基础进行数据库搜寻,该方法主要应用于未知受体的药物分子设计,包
括定量构效关系
[33-34]
(quantitative structure-activity relationships,QSAR)和药效
团模型方法。首先要构建一系列活性分子的药效构象,然后再从中提取共有药
效基团,在数据库中搜寻符合特定药效基团模型的化合物。Catalyst 和 Unity 是
基于配体数据库搜寻方法中比较常用的软件。另一种则是基于受体的,包括分
子对接、结合自由能计算、分子动力学模拟等
[35-36]
,其中分子对接方法应用最多。
分子对接,即将配体载入到受体的活性位点进行计算,通常会得到一些不同的
构象,筛选出配体与受体的结合作用最佳的构象。分子对接方法主要用来从化
合物数据库中筛选出与受体大分子结合作用较好的小分子,这些小分子一般可
以作为全新的先导化合物。分子对接的优势是从整体考虑配体与受体的结合作
用。 DOCK、F1exX 和 GOLD 等是应用比较广泛的分子对接软件。
3.
全新药物分子设计
[37-38]
,分子对接、构效关系等虚拟筛选技术的快速发
展,使得先导化合物的发现速度非常迅速,但是,用数据库搜寻方法得到的先
导化合物通常都是结构并不新颖的已知化合物。全新药物分子设计可以很好地
解决这一问题,所以全新药物分子设计在药物研发过程中发挥的作用越来越大,
全新药物分子设计,即根据模拟受体活性部位的构象和相关参数的计算结果,
用计算机自动构建出符合计算结果的新分子,使得该分子能与受体活性位点很
好地匹配,很有可能成为新的先导化合物。常用的相关软件主要有
LUDI
、
Leapfrog、GROW、SPROU 等,其中 LUDI 最为常用。全新药物设计方法出现
的时间虽然不长,但由于其应用十分广泛,因此发展极为迅速。
1.4
本论文的主要研究内容
本论文主要利用化学空间分析、网络药理学、分子对接等相关方法对中药
方剂桃仁红花煎在治疗心血管疾病方面进行了计算药理学研究,内容如下:
(1)
构建桃仁红花煎中所包含的化合物小分子数据库,进行化学空间分析;
(2) 相关靶标与小分子对接计算,筛选出具有活性的化合物小分子;
(3) 将筛选出的活性小分子与筛选出的靶标做 AutoDock 精细对接,分析具
体结合作用。
万方数据
第二章 方剂分析
10
第二章 方剂分析
2.1 中药方剂桃仁红花煎简介
桃仁红花煎是出自于宋朝名医陈素庵之《素庵医案》中的经典古方
[39]
,很
多文献书籍均将其列为“心悸”病心血瘀阻证型的代表方剂,由延胡索、桃仁、
红花、川芎、赤芍、丹参、当归、生地、青皮、香附 10 味药物组成,有活血化
瘀,理气通络之功
[40]
。方剂中桃仁、红花、延胡索、丹参、香附行气通络,活
血化瘀,配合青皮、川芎、赤芍活血通络,当归、生地养血祛瘀为其辅。近年
来的文献报道应用桃仁红花煎为主方治疗心血管疾病的有很多,关于方中药物
治疗心血管疾病作用药理研究较为深入,以下主要介绍了方剂桃仁红花煎中所
含草药的主要成分以及药理作用。
2.2 桃仁红花煎的组分
2.2.1 延胡索
延胡索,又名玄胡索、元胡、玄胡,为婴粟科紫堇属多年生草本植物,其
干燥块茎为常见的中药材
[41]
,是“浙八味”其中之一,浙江、安徽、江苏、湖
北等是其主要产地,有的地区也有引栽。延胡索初见于《开宝本草》,清代李
中立的《本草原始》也有记载,其性味辛、温,苦,入心、肝、肺、脾经,有
行气止痛、活血化瘀之功效。《医学启源》中对延胡索记载:“治脾胃气结滞
不散,主虚劳冷泻,心腹痛,下气消食”。《本草经疏》中对延胡索的功效也
有记载,“温则能和畅,和畅则气行;辛则能润而走散,走散则血活,血活气
行”。延胡索药用价值很高,常见方剂有很多,临床应用十分广泛。
万方数据
第二章 方剂分析
11
图 2.1 延胡索
生物碱是延胡索中重要组成成分,延胡索含有 10 多种生物碱
[42-44]
,其中经
鉴定的有紫堇碱(
Corydaline
)、
dl-
四氢掌叶防己碱(
dl-Tetra-hydropalmatine
)、
原阿片碱(Protopine)、L-四氢黄连碱(L-Tetrahy-drocoptisine,L-Stylopin)、
dl-四氢黄连碱、L-四氢非洲防己碱(L-Tetrahy-drocolumbamine)、紫堇鳞茎碱
(
Corybulbine
)、
β-
高白屈菜碱(
β-Homoche-lidonine
)、黄连碱(
Coptisine
)、
去氢紫堇碱(De-hydrocorydaline),还有紫堇达明碱(Corydalmine 即紫堇鳞茎
碱)、去氢紫堇达明碱。大量现代药理学研究表明,延胡索能抑制血小板聚集,
扩张冠脉,有效改善心肌缺血,对实验性动脉粥样硬化有降血脂之效,例如临
床上使用大剂量延胡索(30 克)并辅以适当配伍,对冠心病、心绞痛功效显著。
2.2.2 桃仁
桃仁
(Semem Persicae
),为蔷薇科植物山桃
Prunusdavidiana (Carr.) Franch
的干燥成熟种子
[45-46]
,又名桃核仁。桃树在我国普遍种植,品种很多。采摘其成
熟果实,然后除去果肉及壳,取出种子,晒干,即成中药材桃仁。桃仁,呈扁
长卵形,长
1.2
~
1.8cm
,宽
0.8
~
1.2cm
,厚
0.2
~
0.4cm
。表面布满很多纹状突起
呈黄棕色至红棕色,中部膨大,一端偏斜,一端薄而尖,尖端一侧有明显线形
种脐,圆端可见合点,颜色略深不甚明显,散出多数纵向维管束,种皮薄,类
白色,富油性。桃仁为中医活血化瘀常用药物,临床应用很多,许多著名的中
药方剂均重用桃仁,如:血府逐瘀汤等。
万方数据
第二章 方剂分析
12
图 2.2 桃仁
桃仁中主要含有脂溶性成分﹑类苷类﹑氨基酸﹑蛋白质和挥发油﹑甾体和
黄酮及其糖苷类化合物
[47-48]
。桃仁中含有棕榈酸、油酸、亚油酸、野樱苷、柠檬
甾二烯醇、柚皮素、洋李苷、丝氨酸、苏氨酸、儿茶酚等七十多种化合物成分。
气微,味微苦、甘、平,归心、肝、肺、大肠经。《本草纲目》中记载:“桃
仁行血,宜连皮、尖生用。润燥活血,宜汤浸去皮、尖炒黄用。或麦麸同炒,
或烧存性,各随本方”。桃仁具有止咳平喘、活血行瘀、润燥滑肠的功效,主
治热病、风痹、气喘、跌打损伤、淤血、肿痛等症。从药理上来看,桃仁又具
有抗凝血作用,改善血流动力学,抗炎﹑抗过敏﹑抗血栓等作用。桃仁还能明
显增加犬股动脉的血流量使血管阻力降低,也能有效预防肝纤维化,并能减缓
去甲肾上腺素的缩血管作用,改善动物的血流动力学,预防心肌梗死。近年来
桃仁在治疗心血管疾病方面应用广泛且疗效很好。
2.2.3
红花
红花(Carthamus tiuctorius L),别名刺红花或红蓝花,菊科红花属植物,主要
分布于河南、四川、新疆、西藏等地。红花活血散瘀、止痛去肿,是收录于中
国药典的经典中药,最早记载在汉代张仲景的《金匮要略》,可与丹参、川芎
等配伍用来治疗高血压、冠心病等。
万方数据
第二章 方剂分析
13
图 2.3 红花
据文献报道,红花主要含黄酮类物质、脂肪酸、色素、酚酸、挥发油等多
种活性成分
[49-51]
。其中红花发挥药理作用的物质基础是醌式查尔酮类化合物红花
黄色素(Safflower yellow,SY)。红花黄色素是含有多种水溶性查尔酮成分的混合
物,是红花中主要活性物质。
Meselhy MR
等于
1993
年分离得到羟基红花黄色
素 A ( hydroxysafflor yellow A,HSYA) 。HYSA 是红花黄色素活血祛瘀的有效
成分,分子式为 C
27
H
32
O
6
,分子量为 612,HYSA 为红花中的代表性活性成分,
既是好的医药原料,也可用于食品保健。研究发现羟基红花黄色素
A
具有抗血
小板聚集、抗心肌缺血等活性。红花及其主要成分红花黄色素、羟基红花黄色
素 A 等在抗脑缺血、抗心肌损伤、抗血栓、抗炎、抗氧化、抗肿瘤、抗细胞凋
亡等方面的药理效应和作用机制进一步被阐明,红花的临床应用越来越广泛。
2.2.4 川芎
川芎,别名香果、京芎,为伞形科植物川芎 Ligusticum chuauxiougHort.的干
燥根茎,主产于四川、云南等地。一般在夏季采挖,寻找节盘显著突出并略带
紫色的川芎植株,采挖后除去泥沙、须根,晒干烘干即为中药材川芎,也可以
经过切片等步骤得到川芎饮片。始载于《神农本草经》,其性温,归肝、胆经。
在《中国药典》(
2010
年版
)
中所收载的
1640
个中成药中有
151
个成方制剂含
有川芎,比例接近百分之十。
万方数据
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programxh
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