CADD技术在中药及复方研究中的应用探讨

    计算机辅助药物设计CADD fcomputer-aided dmg design)，目前已成为药物设计的常规方法之一．成为国际上十分活跃的研究领域，且随着CADD方法的不断发展和应用的不断深化，其成功的实例也在不断增加。国外许多制药公司应用该项技术进行新药的研究与开发，取得了极大的成功。

    CADD在整个药物设计与开发过程中起着枢纽和指导作用，特别是伴随着组合化学技术和生命科学研究的深入、人类基因组计划的完成，CADD在新药研究特别是先导化合物的发现和优化中发挥着越来越重要的作用。CADD不仅能够大大降低药物开发中的投资，节省有限的实验资源，减少盲目的浪费，而且还可以大大缩短药物开发的周期。

    本文就CADD技术在中药及复方药效物质基础研究中的应用进行讨论。

    一、中药活性成分的虚拟筛选

    目前CADD介入中药研究最多的领域是针对某一个药物作用靶标，在中药和天然产物化合物数据库中搜索，找到该靶标的特异作用的化合物，通常称之为虚拟筛选。虚拟筛选分为两个方面，一是基于受体结构的筛选方法，又称为分子对接；二是基于配体结构的筛选方法，又称药效团搜索。虚拟筛选是 CADD应用最为成功的一项技术，这项工作的基础是必须具备化合物数据库。以往的筛选工作也大多基于化学合成商品化合物数据库的搜索，近年来国内研究人员开始尝试中药中的活性化合物的搜寻。一些国内研究机构已经开发出了用于虚拟筛选的中药化合物数据库，其中已经授权代理销售的就有TCMD(中药化学数据库)和CNPD(中国天然产物数据库)。这些数据库大量用于特定靶标活性化合物的搜寻，其中有不少的成功实例。

    二、中药成分药理活性的反向找靶

    中药提取分离过程中得到的新结构的化合物。其药理活性的确证是一件复杂的事情。中科院上海药物研究所开发的反向找靶技术，是CADD经典技术一分子对接的逆向思考，该项技术以一个固定小分子化合物为对象，调用已经建设好的药物靶标蛋白库，将该分子一一与药物靶标蛋白对接，直到找到该分子的对映靶标，最后通过生物实验验证该分子的活性。上海药物所运用反向找靶技术成功的找到了中药紫金标中一个活性化合物的对映靶标。确定其为幽门螺旋杆菌的抑制剂。反向找靶技术对于未知药理活性的中药化学成分的药理确证无疑是一项创举，不仅快速，而且节约了人力物力。中药成分药理活性反向找靶技术是CADD用于中药研究的一个新的方向，具有广阔的应用前景。

    三、中药复方基本原则的微观阐释

    中药有四气五味，性味归经、升降浮沉等等性质描述，而中药复方的组方也有自己的原则：君臣佐使、气味和合等，这些宏观的原则之下，是否存在其分子微观的意义，是值得深入探讨的问题。关于中药性味的分子微观意义，已有学者做出过阐释，如苦味中药多含有生物碱等。这样的解释还远远不够．药物性味的微观解释试可以从以下几个方面进行探索：1)某类化合物的聚集；2)化合物成分相同药效团的存在；3)中药成分化合物分子参数如：疏水性、分子量、分子相似性、脂水分配系数等等相近化合物的聚类。这些方面的工作都可以借助计算机CADD技术得以完成，中药性味的阐明将有助于中药复方组方原则“气味和合”的微观解释。本实验室初步探索了“君臣佐使”这个中药复方基本原则的分子微观意义。一个复方中的中药化学成分成百上千。其中必定存在功能分群，这种功能分群借用“君臣佐使”的提法恰如其分。“君药”分子在复方化学成分中起着主要药效学的作用，目标是病症的主要靶点．“臣药”分子的目标是病症的次要靶点，“佐药”分子辅助“君药”分子，增加其药效，减弱其毒性，“使药”分子则很有可能是起着药剂相的作用。借助CADD的分子对接、药效团搜索、相似性搜索、类药性筛选、毒性预测等技术可以很直观的开展以上工作。在中医理指导下运用现代技术开展中药复方基本原则的微观阐释，并借助这些成果对复方进行创新很有可能是未来中药发展的方向。

    四、CADD技术用于“中药分子复方”的创制

    科学技术的核心在于创新，中药现代化的种种研究归根结底也是要在发扬中医中药传统的基础上进行创新，使中医中药焕发出新的光芒。CADD技术与中药研究的融合无疑会给这一领域带来创新的契机。

    “中药分子复方”是本实验室在中医指导思想下对中药复方创新的一次有益尝试，是指在中药复方原方基础上通过层层筛选，将原方的化学有效成分即分子，依据该方某一药理活性聚类成方。筛选出来的分子，通过优化组方剂量配伍为新的复方。这种“中药分子复方”从原中药复方中来，继承了原方的其中一种药理作用，更具针对性。因为组方成分皆为结构明确的化学成分，利于质量监控和制剂。本方法试图为中药复方现代化、中药复方创新提供一条新的思路。本方法分以下几个步骤进行：

    1建立中药复方化学成分分子库

    中药复方的选择是以该复方组成药味的化学成分研究程度为衡量标准。各药味的化学成分已经基本清楚的复方，作为其应用对象。通过网络资源利用、文献调研，建立该复方所有组成药味化学成分的分子库。

    2．复方药理建模

    根据复方的功能与主治和药理作用，建立一个整体的虚拟药理模型。此模型包括复方药理作用的目前可以穷尽的分子靶点，1)能找到晶体结构或核磁解析结构的蛋白靶点和核酸靶点。2)对于目前尚没有晶体结构和核磁解析结构但有其同源结构的靶点，采用同源模建的方法建立其三维结构，并利用检测工具进行结构可靠性分析。3)对于结构无法模建的靶点．则寻找其特异配体，构建该靶点配体特异药效团。

    3．分子对接与复方分子数据库搜索

    以步骤(2)建立的靶点为筛选模板，导入步骤(1)建立的复方分子数据库，进行虚拟筛选并对库中的分子给以匹配打分。依据每个靶点的匹配打分，对数据库中的分子排序，列出每个靶点打分靠前的分子。

    4．药动学与毒性的评价和预测

    对复方全库分子进行药动学ADME的预测和评估。运用ADME(药代动力学)预测软件或相关软件的ADME预测功能计算复方化学成分分子的类药性指数，指标包括多项，如：分子量、氢键受体、氢键给体、可旋转键数、脂水分配系数、水溶性指数、分子极性表面积、分子体积、基于经验的药物类似性指数、化学焓变指数(分子稳定性指数)。依据各指数反映的分子类药性优劣，再给予各指数以优劣评分，指数最优者为1，指数最劣者为0。将每个分子的各项指数优劣性评分加和，得出药动学性质总评分。然后运用毒性预测软件对各个分子进行毒性预测．并给出毒性预测权值，在总类药性评分中减去相应权值。

    5．复方分子预方的导出

    依据复方药理模型中每个靶点对分子库中各个分子的匹配打分，以及各分子的ADMET评分，进行药效学、药动学和毒理学等的综合评价，筛选出各靶点最佳得分的多个分子为候选分子。然后对这些候选分子进行药效学实验验证，验证结果合格者入选，综合这些分子即得出该复方某药理作用的分子预方。

    6．剂量配比设计

    采用权重配方法。根据药效学实验结果，确定各入选分子的最大有效剂量，用O．8的等比例，安排每个分子的系列剂量，使各个分子的剂量在足量和弱效量之间，根据配方设计表，选用相应的列，形成配伍剂量组。在形成配伍剂量组的基础上，求出剂量与药效的标化值；建立量效方程，根据权重指数，求出各个分子在配伍中的重要程度(确定主药)；进行药物相互作用的定性分析，判断各个分子在配伍中的协同作用(确定主药及各药间相互作用的强度及有无)；根据权重配方法的剂量优化原则，进行剂量优化并重新组成理论优化组方。通过动物试验验证理论优化组方。

    近年来中药及其复方的现代化研究。呈现出百花齐放，百家争鸣的可喜局面。广大中医药工作者在中医药理论的指导下，采用新方法和新技术。不断开创具有中国特色的中医药现代化研究之路。CADD技术在中药及复方研究中的应用。只是中药及复方研究思路创新的一个方面，中药现代化研究，需要更多新思路新技术新方法，海纳百川，方有所成。

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