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慢性肾脏病(Chronic kidney disease,CKD)是全球性疾病,可持续进展为慢性肾衰竭(Chronic Renal Failure,CRF)。近年来研究发现中医药在治疗CKD中具有应用潜力。中药复方的临床应用重视整体调节、辨证论治,具有多成分、多靶点整合的作用特点。温脾汤出自孙思邈《备急千金要方》,由附子、干姜、人参、甘草、大黄组成。尽管温脾汤已有治疗CKD的临床实验研究报道,但是目前有关温脾汤治疗CKD的有效成分仍有待进一步探究。随着人工智能与计算机辅助药物设计的发展,药物虚拟筛选技术的准确性不断提高,这种生物信息学计算为从网络药理学层面揭示中药复方活性成分和作用机制提供了新的策略。利用数据库资源和生物信息学研究工具,构建“疾病-基因-药物”的相互作用关系网络,预测疾病调控过程中的关键靶点,分析慢性肾病相关的靶向药物。药物虚拟筛选可分为基于配体的药物虚拟筛选和基于受体的药物虚拟筛选,例如分子相似性计算、药效团模型技术以及分子对接对。本研究分别采用分子相似性计算,基于机器学习的配体预测模型和分子对接方法筛选温脾汤治疗慢性肾病的潜在活性成分。实验一温脾汤与配体化合物数据库构建目的收集温脾汤中药成分,构建关键靶点配体库。方法通过文献调研和TCMSP、BATMAN-TCM数据库获取温脾汤中化合物成分,获取温脾汤潜在靶点,并利用DAVID数据库进行KEGG通路富集分析。基于文献和通路富集结果,确定从NF-κB信号通路、MAPK信号通路、JAK/STAT信号通路、TGF-β/SMAD信号通路、氧化应激通路收集关键靶点配体库。结果共收集温脾汤化合物588个,利用类药性指数与口服生物利用度指数筛选化合物共156个。由PubChem获取生物实验共12个,包含高通量筛选活性化合物数据23525例。实验二基于分子相似性计算的温脾汤活性成分筛选目的构建分子相似性筛选模型,筛选温脾汤中与活性配体相似性较高成分,并分析温脾汤活性成分靶点网络。方法基于RDKit模块,采用谷本系数将温脾汤化合物与活性配体库进行化合物相似性计算,初步选取相似性50%以上的化合物作为温脾汤活性化合物。综合TCMSP数据库与分子相似性计算活性成分的靶点预测结果,使用Cytoscape(V3.7.1)完成“化合物-靶点”拓扑结构网络构建。结果温脾汤中已知的588个化合物与活性配体库23525个化合物进行计算。最终,得出相似性大于30%的化合物对共4790对,其中360对相似性大于50%。温脾汤的潜在活性成分化合物构成的化合物靶点相互作用网络,可以形成3个簇群。实验三基于机器学习的温脾汤活性成分虚拟筛选研究目的构建基于机器学习的活性化合物筛选模型,并对温脾汤活性化合物进行筛选。方法采用纤维化相关通路实验数据作为训练集与测试集。基于Scikit-Learn模块,构建机器学习算法,选择实验数据分别构建随机森林(RF)模型、梯度提升决策树(GBDT)模型、人工神经网络模型(ANN),并构建了随机森林+逻辑回归、梯度提升决策树+逻辑回归、人工神经网络+逻辑回归等混合模型。基于准确率、召回率、F1值与ROC曲线评价各模型的性能。使用已知的具有抗纤维化活性中药化合物进行分子对接实验和模型性能验证。随后,用该模型对温脾汤中的化合物进行筛选,将预测概率高于90%的化合物作为温脾汤活性成分。结果梯度提升决策树+逻辑回顾模型具有较好的预测性能和稳定性,其准确率为0.80、召回率为0.80、F1值为0.79、AUC值为0.872。温脾汤化合物中预测概率值高于90%的化合物共28个,甘草素A、人参皂苷Rh1、人参皂苷Rf、苯甲酰新乌头原碱、芦荟大黄素葡萄糖苷等均具有较高的预测概率。实验四基于分子对接的温脾汤活性虚拟筛选研究目的基于分子对接模拟方法计算温脾汤中11种化合物与Smad3、Smad7、Nox4、p22phox靶点的结合活性。方法通过PubChem获取儿茶素、没食子酸、大黄素、大黄酸、次乌头碱、乌头碱、甘草酸、人参皂苷Rg1、人参皂苷Rf、6-姜酚、姜酮的三维分子结构,使用CDocer软件对化合物与Smad3、Smad7、Nox4、p22phox靶点依次进行分子对接模拟实验。结果温脾汤中与p22phox结合活性前六的化合物为甘草酸(24.9754)、人参皂苷Rf(22.6292)、乌头碱(22.4404)、人参皂苷Rg1(20.4986)、次乌头碱(20.3279)、6-姜酚(18.2458);与Nox4结合活性前六的化合物为人参皂苷Rf(54.0621)、甘草酸(51.4306)、人参皂苷Rg1(45.433)、儿茶素(39.5441)、次乌头碱(37.7516)、乌头碱(34.0981);与Smad3结合活性前六的化合物为甘草酸(41.5171)、人参皂苷Rg1(37.2358)、人参皂苷Rf(31.6412)、乌头碱(30.3829)、次乌头碱(26.9489)、儿茶素(24.0615);与Smad7结合活性前六的化合物为人参皂苷Rf(51.2196)、人参皂苷Rg1(46.8617)、甘草酸(46.497)、乌头碱(42.4877)、次乌头碱(35.3275)、儿茶素(31.9764)。小结药物虚拟筛选是药物发现和设计的重要内容,也逐渐成为初步解释药理机制的重要方法之一。药物虚拟筛选主要包括基于配体的药物虚拟筛选技术和基于受体的药物虚拟筛选技术。本文中分别利用上述方法,针对温脾汤治疗慢性衰竭的活性化合物进行了筛选研究。首先收集相关配体化合物数据23525例。基于文献、TCMSP和BATMAN-TCM得到温脾汤化合物588个,利用口服利用度和类药性指数筛选得到156个生物活性较好的化合物。随后,构建了分子相似性计算模型,将温脾汤化合物与配体化合物库进行了相似性计算,得出相似性大于30%的化合物对共4790对,其中360对相似性大于50%。随后结合使用分子指纹和机器学习算法,构建可用于筛选活性化合物的筛选模型,并对温脾汤进行活性化合物筛选。最后,将温脾汤化合物儿茶素、没食子酸、大黄素、大黄酸、次乌头碱、乌头碱、甘草酸、人参皂苷Rg1、人参皂苷Rf、6-姜酚、姜酮,使用CDocer软件对化合物与Smad3、Smad7、Nox4、p22phox靶点依次进行分子对接模拟实验。结果表明人参皂苷Rg1、人参皂苷Rf、甘草酸、乌头碱等与4个靶点均表现出较好的结合活性。