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大数据助力中药抗癌分子机制研究 精选

已有 4230 次阅读 2016-11-19 19:08 |个人分类:药物靶点|系统分类:科研笔记

历经数百年或上千年的实际使用经验,部分中药的确有治疗益处。譬如,复方苦参注射液(CKI)在国内被批准用于治疗各种癌症肿瘤,通常作为西医化疗的一种辅助,但是它如何起作用,目前我们还不清楚。中药的分子机理研究受困于高度复杂的生物系统以及复杂的中药成分。中药的分子机制缺乏一方面不能将中药复方中的有害成分剔除以减少毒副作用,也限制了中药有效成分的进一步优化设计。在药物研发从具有奉献精神的神农尝百草到分子层次上的基于结构的理性设计,守着老祖宗千百年来积淀的精华却不能向前发展,乃至抱残守缺、固步自封就不禁让人扼腕叹息了!

在第三届世界互联网大会上,百度CEO李彦宏认为,从导诊到新药研发,人工智能健康大数据奇点已经临近。新药研发或中药分子机制研究的大数据是什么?大数据不是时髦的概念。药物研发中的大数据是近百万针对众多生物靶点的活性化合物及数据,以及目前超过一万个活性类药小分子与其生物受体的X射线晶体衍射数据。随着科学的发展与时间推移,数据产生的速度越来越快。井喷的数据终将完成从量变到质变的过程,从而带给药物研发革命性的转变。

化学上存在着一个极其浅显的经验规则——相似相溶。这一概念亦可推广到药物分子,虽然药物与其受体的作用要复杂的多。拓扑药效团可以很好地描述类药分子与生物靶点相互作用的相似性,比较中药具体成分与数据库中已知靶点的活性分子的相似性,就有可能揭示中药成分起作用的分子机制。

苦参碱(matrine)是复方苦参注射液(CKI)中的一种主要成分。采用Lephar (http://lephar.com)基于拓扑药效团高通量筛选软件LIVS,以及源自蛋白质晶体结构数据库(PDB)的小分子靶点结合数据库,不到一分钟,LIVS预测细胞色素P450芳香酶(cytochrome P450 aromatase)是苦参碱的可能靶点。细胞色素P450芳香酶高特异性催化雄激素合成雌激素。芳香酶抑制剂如依西美坦等是用于治疗雌激素依赖性乳腺癌的优良药物。澳大利亚阿德莱大学的一个研究团队最近证实,苦参注射液对乳腺癌肿瘤细胞的确有抑制作用!

因为采用了蛋白质结构数据库衍生的小分子靶点结合数据,LIVS进一步给出了细胞色素P450芳香酶与其抑制剂的蛋白质晶体结构查询号。通过分子对接软件如LeDock,研究人员可以进一步的了解苦参碱与细胞色素P450芳香酶的具体结合方式,可以通过基于物理的结构计算方法进一步评价靶点的可能性,并为未来进一步优化苦参碱结构提供了可行性。毕竟,中药单个成分并不会起到好的疗效,说明中药活性成分有着进一步优化的空间!

本文旨在抛砖引玉,为中药研发提供些许思路。



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2 黄永义 梁洪泽

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