鄭春松+范展彪+葉蕻芝+葉錦霞+付長龍+吳廣文+劉獻祥

【摘 要】目的：從化學(xué)空間探討榮筋拈痛方補肝腎強筋骨和祛風(fēng)濕止痹痛的作用。方法：將榮筋拈痛方分為補肝腎強筋骨藥組和祛風(fēng)濕止痹痛藥組，建立其化合物的分子數(shù)據(jù)集；搜索DrugBank數(shù)據(jù)庫中骨關(guān)節(jié)炎治療相關(guān)的刺激關(guān)節(jié)軟骨中蛋白多糖合成以及抗炎鎮(zhèn)痛藥物，建立其各自的藥物分子集。依托定量構(gòu)效關(guān)系平臺，分析補肝腎強筋骨藥組和刺激關(guān)節(jié)軟骨中蛋白多糖合成藥物分子數(shù)據(jù)集、祛風(fēng)濕止痹痛藥組和抗炎鎮(zhèn)痛藥物分子數(shù)據(jù)集的化學(xué)空間。結(jié)果：榮筋拈痛方分子具有分散的化學(xué)空間，且補肝腎強筋骨藥物部分化合物與刺激關(guān)節(jié)軟骨中蛋白多糖合成的藥物具有相同或相近的化學(xué)空間，祛風(fēng)濕止痹痛藥物部分化合物與抗炎鎮(zhèn)痛的藥物具有相同或相近的化學(xué)空間。結(jié)論：榮筋拈痛方治療骨關(guān)節(jié)炎具有廣譜的作用特點，其中，補肝腎強筋骨藥物可能具有刺激關(guān)節(jié)軟骨中蛋白多糖合成的作用，而祛風(fēng)濕止痹痛藥物可能具有抗炎鎮(zhèn)痛的作用。

【關(guān)鍵詞】 骨關(guān)節(jié)炎；榮筋拈痛方；補肝腎；強筋骨；止痹痛；化學(xué)空間

【ABSTRACT】Objective：To investigate the effect of Rongjin Niantong Fang（榮筋拈痛方）to tonifyliver and kidney，strengthen muscles and bones and relieve rheumatism and bi from chemical space.Methods：Rongjin Niantong Fang was divided into a group for tonifying liver and kidney and strengthening muscles and bones（the TS group）and a group for relieving rheumatism and bi（the RRB group），establishing their molecular data of compounds.Medicinals stimulating proteoglycan synthesis in articular cartilage and anti-inflammatory analgesic medicinals related to the treatment of osteoarthritis were searched in the DrugBank database to establish respective molecule database.Based on quantitative structure-activity relationship platform，the chemical space between the TS group and database on stimulating proteoglycan synthesis in articular cartilage and the chemical space between the RRB group and database on anti-inflammatory analgesic medicinals were analyzed.Results：Molecules in Rongjin Niantong Fang have decentralized chemical space.Part of compounds in medicinals to tonify liver and kidney and strengthen muscles and bones has similar chemical space to medicinals to stimulate proteoglycan synthesis in articular cartilage，and part of medicinals to relieve rheumatism and bi has similar chemical space to anti-inflammatory analgesic medicinals.Conclusion：Rongjin Niantong Fang has a broad spectrum effect in the treatment of osteoarthritis，in which medicinals to tonify liver and kidney and strengthen muscles and bones may have the effect of stimulating proteoglycan synthesis in articular cartilage，while medicinals to relieve rheumatism and bi may have anti-inflammatory and analgesic effects.

【Keywords】 osteoarthritis；Rongjin Niantong Fang（榮筋拈痛方）；tonify liver and kidney；strengthen muscles and bones；relieve rheumatism and bi；chemical space

榮筋拈痛方是在中醫(yī)“肝主筋、腎主骨”理論和對《清宮配方集成》中骨關(guān)節(jié)炎（osteoarthritis，OA）的治療方藥數(shù)據(jù)挖掘的基礎(chǔ)上組方[1-2]，由牛膝、當(dāng)歸、獨活、羌活、防風(fēng)和甘草組成，具有補肝腎、強筋骨、祛風(fēng)濕和止痹痛之功效，臨床用于治療OA顯示出良好的療效。但是，如何用現(xiàn)代語言闡釋榮筋拈痛方的補肝腎強筋骨、祛風(fēng)濕止痹痛作用未見報道。本實驗從化學(xué)空間的角度[3-4]，探討榮筋拈痛方不同功效與關(guān)節(jié)軟骨中蛋白多糖的合成以及關(guān)節(jié)疼痛的聯(lián)系，揭示榮筋拈痛方中化學(xué)成分在防治OA方面的重要意義。endprint

1 材料與設(shè)備

1.1 實驗材料 榮筋拈痛方分子數(shù)據(jù)集；OA的治療藥物。

1.2 實驗設(shè)備 本文是在北京大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院計算機模擬實驗室的計算模擬與數(shù)據(jù)建模平臺Discovery Studio?（簡稱DS）完成的。計算過程中除非特別說明，所選用的參數(shù)均為缺省值。

2 方 法

2.1 榮筋拈痛方分子數(shù)據(jù)集建立 從北京大學(xué)中草藥有效成分三維結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫、中藥原植物化學(xué)成分手冊和文獻中[5-8]，共檢索出榮筋拈痛方化合物411個。按不同功效分組，即牛膝、當(dāng)歸為補肝腎強筋骨藥組，獨活、羌活、防風(fēng)和甘草為祛風(fēng)濕止痹痛藥組。其成分在DS模擬平臺上，選用MMFF力場優(yōu)化，建立榮筋拈痛方中2組的分子數(shù)據(jù)集。根據(jù)DrugBank數(shù)據(jù)庫[8]，搜索到OA的治療藥物31個，其中，刺激關(guān)節(jié)軟骨中蛋白多糖合成的藥物3個，抗炎鎮(zhèn)痛的藥物28個，建立各自的藥物分子集。

2.2 描述符的計算 在DS QSAR模塊下，選擇1D、2D、3D的描述符48個，分別為碳原子數(shù)、氧原子數(shù)、氮原子數(shù)、總重原子數(shù)、分子量、環(huán)數(shù)目、可旋轉(zhuǎn)鍵數(shù)目、氫鍵受體數(shù)目、氫鍵給體數(shù)目、分子接觸體積、分子表面面積、總極性表面面積、總疏水表面面積和脂水分配系數(shù)等，計算榮筋拈痛方中補肝腎強筋骨藥組、祛風(fēng)濕止痹痛藥組的多維描述符值[3，9]。這些描述符形成的空間定義為化學(xué)空間。通過主成分分析，將描述符的多維數(shù)據(jù)有效映射到三維化學(xué)空間上。另外，同樣按上述方法，計算刺激關(guān)節(jié)軟骨中蛋白多糖合成和抗炎鎮(zhèn)痛的藥物分子集的化學(xué)空間描述符。

2.3 評價方法 相似結(jié)構(gòu)的化合物可能具有相似的屬性，這一點是定量構(gòu)效關(guān)系以及分子相似性分析的基礎(chǔ)。根據(jù)這一點可推廣出來化學(xué)空間這一概念?；瘜W(xué)空間是通過一系列特定選擇的描述符描述化合物的性質(zhì)形成的多維描述符空間[5，10]。因此，筆者通過分析補肝腎強筋骨藥組和刺激關(guān)節(jié)軟骨中蛋白多糖合成藥物分子集的化學(xué)空間，揭示榮筋拈痛方補肝腎強筋骨在關(guān)節(jié)軟骨中蛋白多糖合成方面的作用；通過分析祛風(fēng)濕止痹痛藥組和抗炎鎮(zhèn)痛藥物分子集的化學(xué)空間，揭示榮筋拈痛方祛風(fēng)濕止痹痛在抗炎鎮(zhèn)痛方面的作用。

3 結(jié) 果

本文構(gòu)建了榮筋拈痛方中補肝腎強筋骨藥組和藥物庫中刺激關(guān)節(jié)軟骨中蛋白多糖合成藥物分子集、榮筋拈痛方中祛風(fēng)濕止痹痛藥組和藥物庫中抗炎鎮(zhèn)痛藥物分子集的化學(xué)空間，圖1和圖2顯示了補肝腎強筋骨藥組中的化合物在化學(xué)空間上具有較好的分散性，與刺激關(guān)節(jié)軟骨中蛋白多糖合成藥物分子距離很近，而且，與氨基葡萄糖（DB01296）有較好的重疊；祛風(fēng)濕止痹痛藥組的化合物在化學(xué)空間上具有較好的分散性，部分與抗炎鎮(zhèn)痛藥物分子有較好的重疊。即榮筋拈痛方中補肝腎強筋骨藥組可能具有刺激關(guān)節(jié)軟骨中蛋白多糖合成的作用，祛風(fēng)濕止痹痛藥組可能具有抗炎鎮(zhèn)痛的作用。表1和表2顯示，相對藥物分子，榮筋拈痛方中補肝腎強筋骨藥組、祛風(fēng)濕止痹痛藥組在分子量、氫鍵受體、氫鍵給體、脂水分配系數(shù)、環(huán)數(shù)目和可旋轉(zhuǎn)鍵數(shù)等方面具有更廣的分布，其中，榮筋拈痛方中補肝腎強筋骨藥組與藥物庫刺激關(guān)節(jié)軟骨中蛋白多糖合成藥物在N原子數(shù)上分布在區(qū)間[1，4]存在交集，即榮筋拈痛方具有廣譜的作用，與藥物分子集既具有相似的性質(zhì)，又具有部分不同的性質(zhì)。

4 討 論

DOBSON等[3，11]學(xué)者構(gòu)建了生物活性化合物的化學(xué)空間，為化合物結(jié)構(gòu)多樣性、化學(xué)多功能性及生物學(xué)特性提供了一個很好的研究平臺；同時，通過比較未知活性化合物和已知活性化合物化學(xué)空間的相似性，來推測未知化合物的活性性質(zhì)，也為藥物的發(fā)現(xiàn)提供了線索。鑒于中藥具有多成分、多靶點的作用特點，利用“中藥到活性成分”傳統(tǒng)途徑來研究中藥藥效物質(zhì)基礎(chǔ)，很難將其多成分和多靶點從整體上聯(lián)系在一起。徐筱杰[12]提出了中藥復(fù)方的計算機模擬研究方法，其中，化學(xué)空間成為中藥中活性化合物虛擬篩選前的重要計算機模擬技術(shù)之一；通過化學(xué)空間了解更多關(guān)于中藥成分活性的信息，然后再進行實驗工作，可能會減少人力、物力的投入[9，13]。在此基礎(chǔ)上，筆者課題組開展了獨活寄生湯和桃紅四物湯治療OA的化學(xué)空間研究，通過與已知的OA藥物/類藥分子比對，揭示了其治療OA存在的類藥性和多樣性，為其治療OA多成分-多靶點網(wǎng)絡(luò)的研究奠定了基礎(chǔ)[14-15]。同時，比較了透骨消痛膠囊中補腎柔肝藥與活血祛風(fēng)藥的化學(xué)空間，揭示了其補腎柔肝和活血祛風(fēng)作用的異同[16]。因此，化學(xué)空間可用于中藥方劑作用方面的研究，為其不同功效的理解提供了新依據(jù)。

OA屬中醫(yī)學(xué)“痹證”范疇，其核心病機為“本痿標(biāo)痹”，即肝腎虧虛、正氣不足為“本”，風(fēng)寒濕邪等為“標(biāo)”。臨床上補肝腎、祛風(fēng)濕為中醫(yī)治療OA的重要治法[17]。西醫(yī)學(xué)認(rèn)為，OA的主要病理特點為關(guān)節(jié)軟骨的退行性病變和繼發(fā)性的骨質(zhì)增生。其中，退行性病變與軟骨內(nèi)蛋白多糖聚合體降解有關(guān)，臨床上常用氨基葡萄糖、N-乙酰-D-氨基葡萄糖、S-腺苷基甲硫氨酸刺激關(guān)節(jié)軟骨中蛋白多糖的合成，修復(fù)受損軟骨[18-20]；骨質(zhì)增生臨床主要表現(xiàn)為疼痛，常用抗炎鎮(zhèn)痛藥治療，如布洛芬、塞來昔布、萘普生等[21]。由此課題組結(jié)合以上兩點，認(rèn)為關(guān)節(jié)軟骨退變臨床表現(xiàn)為“痿”，骨質(zhì)增生臨床表現(xiàn)為“痹”，應(yīng)從本治痿，從標(biāo)治痹，即補肝腎強筋骨治痿，祛風(fēng)濕止痹痛治痹。因此，筆者以榮筋拈痛方為研究對象，將其分為補肝腎強筋骨藥組和祛風(fēng)濕止痹痛藥組，研究補肝腎強筋骨藥組與刺激關(guān)節(jié)軟骨中蛋白多糖合成的藥物、祛風(fēng)濕止痹痛藥組與和抗炎鎮(zhèn)痛藥物的化學(xué)空間，揭示補肝腎強筋骨在延緩軟骨退變，以及祛風(fēng)濕止痹痛在緩解骨質(zhì)增生引起的疼痛方面的作用。

本文研究發(fā)現(xiàn)，來源于榮筋拈痛方的分子集在分子量、氫鍵給體數(shù)目、氫鍵受體數(shù)目及脂水分配系數(shù)分布上涵蓋了來源藥物庫中藥物分子的分子集。從圖1和圖2可以看出，榮筋拈痛方所含分子的多樣性優(yōu)于藥物分子，后者的分布相對更為集中，而且，前者存在與后者重疊或接近的化學(xué)空間。說明榮筋拈痛方涵蓋了OA治療藥物分子的作用，但可能還具有其他的作用。此外，根據(jù)“rule of five”規(guī)則[22]，口服藥物的描述符具有以下特點：分子量 < 500，氫鍵給體數(shù)目 < 5，氫鍵受體數(shù)目 < 10，脂水分配系數(shù) < 5。如果違反過多，則藥物的溶解性和腸吸收能力會受到限制。根據(jù)表1和表2在榮筋拈痛方中補肝腎強筋骨藥組和祛風(fēng)濕止痹痛藥組含有的化合物中，2組的分子量平均值分別為238.502和322.277，氫鍵給體數(shù)目平均值分別為1.575 76和2.164 22，氫鍵受體數(shù)目平均值分別為3.404 04和4.697 95，脂水分配系數(shù)平均值分別為2.517 22和3.433 3，說明榮筋拈痛方含有的化合物大部分沒有違反“rule of five”規(guī)則，具有較好的類藥性質(zhì)，適合做成口服制劑。這為臨床上榮筋拈痛方口服給藥提供了依據(jù)。endprint

總之，本文從化學(xué)空間角度闡釋了榮筋拈痛方中不同治法在OA治療上的微觀意義，直觀顯示了補肝腎強筋骨與刺激關(guān)節(jié)軟骨中蛋白多糖合成作用、祛風(fēng)濕止痹痛與抗炎鎮(zhèn)痛作用的相關(guān)性，為構(gòu)建中西醫(yī)結(jié)合交融的OA研究平臺提供了新思路。

5 參考文獻

[1] 劉獻祥.基于陳可冀學(xué)術(shù)思想之骨性關(guān)節(jié)炎研究[J].康復(fù)學(xué)報，2016，26（1）：2-5.

[2] 陳可冀.清宮配方集成[M].北京：北京大學(xué)醫(yī)學(xué)出版社，2013：1-527.

[3] DOBSON CM.Chemical space and biology[J].Nature，2004，432（7019）：824-828.

[4] REYMOND JL，AWALE M.Exploring chemical space for drug discovery using the chemical universe database[J].ACS Chem Neurosci，2012，3（9）：649-657.

[5] QIAO X，HOU T，ZHANG W，et al.A 3D structure database of components from Chinese traditional medicinal herbs[J].J Chem Inf Comput Sci，2002，42（3）：481-489.

[6] 周家駒，謝桂榮，嚴(yán)新建.中藥原植物化學(xué)成分手冊[M].北京：化工工業(yè)出版社，2004：1165-1211.

[7] GU J，GUI Y，CHEN L，et al.Use of natural products as chemical library for drug discovery and network pharmacology[J].PLoS One，2013，8（4）：e62839.

[8] WISHART DS，KNOX C，GUO AC，et al.DrugBank：a comprehensive resource for in silico drug discovery and exploration[J].Nucleic Acids Res，2006，34（Database issue）：D668-672.

[9] 黃欽，喬學(xué)斌，徐筱杰.中草藥有效成分化合物的化學(xué)空間分析[J].計算機與應(yīng)用化學(xué)，2007，24（1）：51-54.

[10] 鄭春松，葉蕻芝，劉獻祥，等.海桐皮湯治療骨性關(guān)節(jié)炎的化學(xué)空間及多靶點效應(yīng)分析[J].中國臨床藥理學(xué)與治療學(xué)，2009，14（1）：67-71.

[11] RIGBY AC.Exploring novel chemical space through the use of computational and structural biology[J].Comb Chem High Throughput Screen，2009，12（10）：927-928.

[12] 徐筱杰.中藥復(fù)方的計算機模擬研究[J].化學(xué)進展，1999，11（2）：201-204.

[13] 龍偉，邳馨，向劍，等.中藥方劑網(wǎng)絡(luò)與中藥化學(xué)空間的構(gòu)建與分析[J].北京中醫(yī)藥大學(xué)學(xué)報，2011，34（11）：729-732.

[14] ZHENG CS，XU XJ，YE HZ，et al.Computational approaches for exploring the potential synergy and polypharmacology of Duhuo Jisheng Decoction in the therapy of osteoarthritis[J].Mol Med Rep，2013，7（6）：1812-1818.

[15] ZHENG CS，XU XJ，YE HZ，et al.Network pharmacology-based prediction of the multi-target capabilities of the compounds in Taohong Siwu decoction，and their application in osteoarthritis[J].Exp Ther Med，2013，6（1）：125-132.

[16] 鄭春松，葉蕻芝，李西海，等.透骨消痛膠囊中補腎柔肝藥和活血祛風(fēng)藥治療骨關(guān)節(jié)炎作用方式的計算機模擬比較[J].中醫(yī)正骨，2015，27（7）：6-10.

[17] 王賓，王培民.中醫(yī)治療骨性關(guān)節(jié)炎研究進展[J].遼寧中醫(yī)藥大學(xué)學(xué)報，2008，10（1）：42-43.

[18] FRISBIE DD，MCILWRAITH CW，KAWCAK CE，et al.Efficacy of intravenous administration of hyaluronan，sodium chondroitin sulfate，and N-acetyl-d-glucosamine for prevention or treatment of osteoarthritis in horses[J].Am J Vet Res，2016，77（10）：1064-1070.

[19] SHARMA L.Osteoarthritis year in review 2015：clinical[J].Osteoarthritis Cartilage，2016，24（1）：36-48.

[20] SOEKEN KL，LEE WL，BAUSELL RB，et al.Safety and efficacy of S-adenosylmethionine（SAMe）for osteoarthritis[J].J Fam Pract，2002，51（5）：425-430.

[21] GORDO AC，WALKER C，ARMADA B，et al.Efficacy of celecoxib versus ibuprofen for the treatment of patients with osteoarthritis of the knee：A randomized double-blind，non-inferiority trial[J].J Int Med Res，2017，45（1）：59-74.

[22] LIPINSKI CA，LOMBARDO F，DOMINY BW，et al.Experimental and computational approaches to estimate solubility and permeability in drug discovery and development settings[J].Adv Drug Deliv Rev，2001，46（1-3）：3-26.

收稿日期：2017-09-11；修回日期：2017-10-25endprint