全 文 ：中国中西医结合杂志 2012 年 3 月第 32 卷第 3 期 CJITWM，March 2012，Vol． 32，No. 3 ·375·
基金项目:国家自然科学基金资助项目(No． 81072826) ;福建省卫
生厅青年科研课题(No． 2009 － 1 － 35) ;陈可冀中西医结合发展基金资
助项目(No． CKJ2010032)
作者单位:1．福建中医药大学中西医结合研究院(福州 350108) ;
2．北京大学化学与分子工程学院(北京 100871) ;3．福建省中西医结合
老年性疾病重点实验室(福州 350108)
通讯作者:刘献祥，Tel:0591 － 22861988，E-mail:liuxianxiang @
163． com
青风藤治疗骨性关节炎药效物质基础多靶导向
作用的计算机模拟研究
郑春松1 徐筱杰2 叶蕻芝1，3 刘献祥1
摘要 目的 探讨青风藤治疗骨性关节炎(osteoarthritis，OA)的药效物质基础，并对青风藤多靶导向作
用做出药效学阐释。方法 (1)构建青风藤化学成分分子数据库，应用分子对接探讨其与 OA重要靶标的相
互作用;(2)构建青风藤所含分子配体 －靶作用网络及 DrugBank 药物库中有关 OA 的药物分子配体 －靶作
用网络，分析其网络特征，阐明青风藤治疗 OA 作用机制和特点。结果 青风藤中共有 14 个化学成分分子
与 2 个及 2 个以上靶点相互作用，其中 6 个化学成分分子对 4 个及 4 个以上靶点有作用效应。青风藤分子
配体 －靶作用网络与药物分子配体 －靶作用网络的轮廓和特征相似。结论 青风藤存在多成分、多靶导向
效应，且部分成分存在多靶导向效应，为青风藤治疗 OA 的药效学分子机制提供了解释，同时也为寻找治疗
OA的新型药物提供一定的参考和借鉴。
关键词 青风藤;药效物质基础;计算机模拟;多靶点;骨性关节炎
Computational Simulation of Multi-target Research on the Material Basis of Caulis sinomenii in Treating
Osteoarthritis ZHENG Chun-song，XU Xiao-jie，YE Hong-zhi，et al Academy of Integrative Medicine，Fujian Uni-
versity of Traditional Chinese Medicine，Fuzhou (350108)
ABSTRACT Objective To explore the material basis of Caulis sinomenii (CS) in treating osteoarthritis
(OA) ，and to give a pharmacodynamic illustration for the multi-targeting therapeutics of CS． Methods The compu-
tational methods，consisting of molecular docking and biological network were carried out to search the database
targeting twelve important OA related enzymes:ASAMTS4，ASAMTS5，MMP-1，MMP-3，MMP-13，MMP-8，MMP-
2，COX-2，COX-1，IL-1β，TNF-α，iNOS，and map the ligand-target interaction networks about molecules from CS
and DrugBank． After that，an aggregate analysis was performed to analyze the mechanisms of compositions in CS．
Results Totally 14 had good interaction in all molecules in database with two or more than two of the OA correlated
enzymes，and 6 molecules had interaction with four or more enzymes． Moreover，both herb ligand-target interaction
network and drug ligand-target interaction network were similar in the interaction profiles and network features，
which revealed multi-drugs effects in CS． Conclusions There were a lot of multi-target molecules in CS，providing
pharmacodynamic illustrations for the multi-target therapeutics of Chinese medicine． Meanwhile，they supplied cer-
tain reference and inspiration for finding out new drugs for OA therapy．
KEYWORDS Caulis sinomenii; pharmacodynamical material basis; computational simulation;multi-
target;osteoarthritis
青风藤(Caulis sinomenii)为防己科植物青藤及毛
青藤的干燥藤茎，其味苦、辛，性平，具有通络、止痛、祛
风湿之功效，用于风湿痹痛、关节肿胀、麻痹瘙痒等［1］。
中医用其单味及复方内服或外用治疗风湿性疾病已有
一千多年的历史。现代药理学研究证实，青风藤中含
有的生物碱具有抗炎、镇痛、诱导细胞凋亡、保护软骨、
免疫抑制等作用，体现了中药的多成分、多途径、多环
节的特色和优势，为防治骨性关节炎(osteoarthritis，
OA)提供了有效方法［2］。但是青风藤含有多个小分子
化合物，其真正的药效物质基础及防治 OA 的分子机
制尚不明确。本实验运用基于计算机药理学的计算机
模拟方法［3 － 6］，研究青风藤的化学成分与 OA 重要靶
·376· 中国中西医结合杂志 2012 年 3 月第 32 卷第 3 期 CJITWM，March 2012，Vol． 32，No. 3
点的相互作用，旨在寻找青风藤的药效物质基础，为
OA的中药治疗提供理论支持。同时，建立中药药效
物质筛选与计算机相关技术的联系，为今后计算机技
术在中药研究领域中的应用提供参考与借鉴。
材料与方法
1 研究工具 所有计算工作均在北京大学化学
与分子工程学院计算机模拟实验室的 Silicon Graphics
计算机工作站上完成，所用计算程序为 Accelrys 公司
提供的 Cerius2 分子设计软件包(版本 4. 10)。
2 方法
2. 1 分子数据集的建立 本实验结合北京大学
中草药有效成分三维结构与性质数据库［7］和 Beil-
stein /Gmelin CrossFire化学资料数据库这 2 个数据库，
检索青风藤的化学成分。通过文献调研对数据进行补
缺，并附加每个化学成分的现有生物活性资料，建立
QFT化学成分分子数据库，选用MMFF力场优化，优化
时设置能量阈值为 0. 001 kcal /(A·mol)。该数据库以
SDF 格式呈现，共计分子数目为 80 个。此外，从
DrugBank数据库中收集到与 OA 相关的药物 /类药分
子 96 个［8，9］，同样按照上述步骤优化与保存。
2. 2 分子对接与打分 根据相关文献［10 －
12］，确定了 12 个公认的比较重要的 OA 靶点蛋白质
(表 1) ，其蛋白质结构来自于 RCSB 蛋白质数据库
(www． rcsb． org)。其中，与 OA 软骨组织破坏有关的
蛋白质包括:蛋白聚糖酶 1(ASAMTS4)、蛋白聚糖酶 2
(ASAMTS5)、基质金属酶-1(MMP-1)、基质金属酶-3
(MMP-3)、基质金属酶-13(MMP-13)、基质金属酶-8
(MMP-8)、基质金属酶-2(MMP-2) ;与 OA 炎症和分解
代谢相关的蛋白质包括:白细胞介素-1β(IL-1β)、肿瘤
坏死因子 α(TNF-α)、诱生型一氧化氮合酶(iNOS)、环
氧化酶 2(COX-2)、环氧化酶 1(COX-1)。利用 Cerius2
表 1 与 OA相关的蛋白质
蛋白质 全称 PDB代码
ASAMTS4 aggrecanase-1 2RJP
ASAMTS5 aggrecanase-2 2RJQ
MMP-3 matrix metalloproteinase 3 1HY7
MMP-1 matrix metalloproteinase 1 966C
MMP-13 matrix metalloproteinase 13 2OZR
MMP-8 matrix metalloproteinase 8 1ZP5
MMP-2 matrix metalloproteinase 2 1HOV
IL-1β interleukin-1 beta 1RWN
TNF-α tumor necrosis factor-alpha 2AZ5
iNOS inducible nitric oxide synthase 2ORO
COX-2 cyclooxygenase-2 6COX
COX-1 cyclooxygenase-1 1CQE
软件的 LigandFit模块分别进行中药青风藤、药物 /类药
分子的分子数据集与 OA 疾病相关蛋白质柔性对接计
算研究。在对接中，以原配体为活性口袋，保存的对接
构象数目最大值设为 1，其中蒙特卡罗(Monte Carlo)采
样过程中的参数使用 LigandFit 中的缺省值。原配体与
其蛋白也采用柔性对接，使用蒙特卡罗方法进行构象采
样，采样步长为 1步，只保留得分最高的构象。
2. 3 生物网络构建与评价 依据每个靶点的匹
配打分对分子数据库中的分子进行排序，列出比每个
靶点原配体打分高的分子。然后将小分子和靶视为网
络的节点，而把两者之间的相互作用抽象作边，把结果
导入 Cytoscape 网络软件［13］，绘制青风藤分子配体 －
靶的作用网络，与药物分子配体 －靶的作用网络比较，
分析其网络特征。此外，定义度分布 p(k)为:度等于
k的节点数与节点总数的比值，即网络中节点度数为 k
的概率［14］，由此得到 2 个网络度的分布情况，揭示青
风藤治疗 OA的作用机制和特点。
结 果
1 青风藤化学成分与 OA 靶点蛋白质的相互作
用(表 2) 以 ASAMTS4、ASAMTS5、MMP-3、MMP-1、
MMP-13、MMP-8、MMP-2、IL-1β、TNF-α、iNOS、COX-2
和 COX-1 分子对接打分排序比原配体靠前的分子为
可能具有抑制相应靶标生物活性作用的分子，分析青
风藤的多靶导向作用。结果共筛选出 20 个潜在的活
性小分子，其中有 14 个小分子能与 2 个或 2 个以上的
靶标有比较强烈的相互作用;QFT-10、QFT-14、QFT-
21、QFT-29 和 QFT-36 分别与 4 个靶标有较好的相互
作用;QFT-13 与 5 个靶标有较好的相互作用，体现了
青风藤多活性化合物、多靶点作用的特点。
2 青风藤分子配体 －靶与药物分子配体 －靶的作
用网络比较(表 3，图 1 ～4) 本研究所构造的网络模型
的连通情况均达到 100%，说明网络中没有孤立的节点;
从拓扑系数(topological coefficients)、路径长度(path
length)、最近距离中心(closeness centrality)及路中心
(betweenness centrality)来看，青风藤分子配体 －靶作用
网络特征的参数值基本涵盖了药物分子配体 －靶作用
网络的区域，说明青风藤与药物分子在治疗 OA上存在
相似性，具有药物分子属性的特点;另外，从网络的全局
特征来看，青风藤分子配体 －靶作用网络的特征路径长
度略大于药物分子配体 －靶作用网络，也说明青风藤分
子集在治疗 OA 网络上的作用方式与药物分子集比较
相似，存在与靶点的直接和间接作用。因此，青风藤治
疗 OA的药效物质基础是其有效成分组。
中国中西医结合杂志 2012 年 3 月第 32 卷第 3 期 CJITWM，March 2012，Vol． 32，No. 3 ·377·
表 2 分子对接筛选的化合物和靶酶对应表
化合物代码 化合物名称 对应的作用靶酶
QFT-7 十五烷酸甲酯 (Pentadecanoic acid，methyl ester) IL-1β
QFT-5 四氢表小檗碱 (Sinacutine) COX-2
QFT-44 光千金藤碱 (Stepharine) COX-2
QFT-27 千金藤宁 (Stepharanine) COX-2
QFT-48 青藤定 (Acutumidine) ASAMTS5
QFT-47 2-羟基-3-甲氧基-6-O-N-乙酰基吗啡林
(2-Hydroxy-3-methoxy-6-oxo-N-acetylmorphinan)
ASAMTS5
QFT-52 menisdaurin ASAMTS5、MMP-8
QFT-28 豆甾醇 (Stigmasterol) MMP-3、IL-1β
QFT-26 β-谷甾醇 (β-sitosterol) MMP-3、IL-1β
QFT-22 十六酸甲酯 (Methyl hexadecanate) MMP-3、IL-1β
QFT-45 左旋千金藤啶碱 (Stepholidine) ASAMTS5、MMP-8、TNF-α
QFT-43 蝙蝠葛宁 (Branfugenine) ASAMTS5、MMP-8、TNF-α
QFT-42 青风藤定碱 (Sinomendine) ASAMTS5、MMP-8、TNF-α
QFT-19 双青藤碱 (Disinomenine) MMP-3、IL-1β、TNF-α
QFT-36 木兰碱 (Magnoflorine) MMP-3、IL-1β、TNF-α、iNOS
QFT-29 dl-紫丁香树脂酚 (DL-Syringaresinol) MMP-3、MMP-8、IL-1β、TNF-α
QFT-21 4-甲基-1-(1-甲基乙基)-3-环己烯-1-醇
(4-methyl-1-(1-methylethyl)-3-Cyclohexen-1-ol)
ASAMTS5、MMP-1、MMP-13、MMP-8
QFT-14 丁香树脂酚单-β-D-葡萄糖苷(Syringaresinol mono-β-D-glucoside) MMP-3、IL-1β、TNF-α、iNOS
QFT-10 青藤碱 (Sinomenine) IL-1β、TNF-α、iNOS、COX-2
QFT-13 穆坪马兜铃酰胺 (N-trans-feruloyl tyramine) IL-1β、TNF-α、MMP-3、MMP-8、MMP-13
此外，上述 2 个网络中均不存在孤立节点，不存在
自环，节点之间最多只有一条边。按方法 2. 3 得到 p
(k)和 k的对应值，经过曲线拟合，青风藤分子配体 －
靶作用网络的方程为 p(k)= k －1. 90246，药物分子配体 －
靶作用网络的方程为 p(k)= k －3. 43516，遵守幂律分布，
提示青风藤和药物分子集对 OA靶的作用方式不是线
性关系，进一步说明青风藤是通过有效成分组来达到
治疗 OA的目的。
注:圆圈代表来自于青风藤中的化合物;方块代表与 OA 疾
病相关的蛋白质
图 1 青风藤分子配体 －靶的作用网络
讨 论
近年来，“单靶点、高亲和力、高选择性”的药物研
发理念受到了越来越多的质疑。“多靶点、低亲和力、
表 3 青风藤分子配体 －靶作用网络模型和药物分子配体 －
靶作用网络模型的部分参数统计
项目
青风藤分子配体 －
靶作用网络模型
药物分子配体 －
靶作用网络模型
节点数目 (个) 31 54
边数目(条) 51 74
网络密度 0. 110 0. 052
网络异质性 0. 745 1. 627
孤立节点(个) 0 0
自环数目(个) 0 0
节点间多边数(个) 0 0
平均相邻节点数目(个) 3. 290 2. 741
特征路径长度 3. 303 3. 078
最短路径长度 630(100%) 2862(100%)
网络中心度 0. 239 0. 495
注:圆圈代表来自于 DrugBank 中的化合物;方块代表与 OA 疾病
相关的蛋白质
图 2 药物分子配体 －靶的作用网络
·378· 中国中西医结合杂志 2012 年 3 月第 32 卷第 3 期 CJITWM，March 2012，Vol． 32，No. 3
注:A ～ D分别为青风藤分子配体 －靶、药物分子配体 －靶网络的拓扑系数、路径长度、最近距离中心和路中心的分布;黑色代表青
风藤分子配体 －靶作用网络，红色代表药物分子分子 －靶作用网络
图 3 配体 －靶作用网络模型的重要特征参数统计
注:A、B分别为青风藤分子配体 －靶作用网络、药物分子配体 －靶
作用网络
图 4 青风藤分子配体 －靶作用网络及药物分子配体 －
靶作用网络的度分布
低选择性”的药物研发模式可能成为未来全球创新药物
研发的主体［15］。尽管西方学者们倡导“单成分、多靶
点”药物的研发理念，但其核心思想和终极目标与“多组
分、多靶点”中药本质上是相通的。联合治疗的模式在
西方也开始受到关注。文献［16］报道了 OA 疾病的发
生、发展与 Wnt 信号通路等相关，呈现出多靶点基因表
达的特点，但国内对于中药防治 OA研究大多停留在提
取物影响 OA某几个蛋白指标的检测，且其中的药效物
质基础未阐释清楚，无法说明中药的多组分、多靶点优
势，影响中药现代化进程［17］，因此，如何建立“多组分、
多靶点”的 OA中药研究方法，是目前中药防治 OA研究
的重点和难点，也是 OA现代中药研发的趋势。
本文选择目 前 公 认 的 OA 靶 标 ASAMTS4、
ASAMTS5 和 MMP-1 等 12 个，以之为筛选靶点对 QFT
化学成分分子库进行虚拟筛选，并在此基础上构建配
体 －靶作用网络，进行综合分析。分子对接结果显示，
青风藤中青藤定、2-羟基-3-甲氧基-6-O-N-乙酰基吗啡
林、豆甾醇、β-谷甾醇、menisdaurin、十六酸甲酯、左旋
千金藤啶碱、蝙蝠葛宁、青风藤定碱、双青藤碱、木兰
碱、dl-紫丁香树脂酚、4-甲基-1-(1-甲基乙基)-3-环己
烯-1-醇、丁香树脂酚单-β-D-葡萄糖苷及穆坪马兜铃酰
胺成分能调节软骨基质中 ASAMTS5 和 MMP 活性;四
氢表小檗碱、光千金藤碱、千金藤宁、青藤碱等成分能
抑制 COX活性，继而导致前列腺素 E2(PGE2)合成减
少，OA炎症反应减轻;双青藤碱、木兰碱、dl-紫丁香树
脂酚、丁香树脂酚单-β-D-葡萄糖苷、青藤碱及穆坪马
兜铃酰胺等成分能干预软骨细胞因子 IL-1β、TNF-α
表达，抑制细胞因子生物效应;木兰碱、丁香树脂酚单-
β-D-葡萄糖苷、青藤碱等成分能抑制一氧化氮(NO)和
一氧化氮合成酶，抑制 NO生物效应。可见，青风藤在
治疗 OA 上显示出多成分、多靶点、多途径的作用机
中国中西医结合杂志 2012 年 3 月第 32 卷第 3 期 CJITWM，March 2012，Vol． 32，No. 3 ·379·
制，体现了中医学理论中的整体治疗。
此外，青风藤分子配体 －靶作用网络在网络特征
方面与药物分子配体 －靶作用网络相似，而且，其度的
分布不是线性关系，也进一步说明青风藤的多组分、多
靶点作用。在 OA 的临床药物使用中，药物分子(西
药)往往因其是合成药，具有药效强、结构特异性等特
点，多采用单一分子给药;青风藤可视为组合药物用
药，可能含有一些含量低、药效弱和类药性等特点的有
效成分组，从整体上达到治疗 OA的效果，其有助于解
释青风藤在 OA疾病治疗中的良好疗效。
综上，本实验通过分子对接、生物网络等计算机模
拟方法，从“多组分、多靶点”的中药本质角度，探讨了
青风藤中多个成分对 OA 多个重要靶标的作用，揭示
其药效物质基础及机制，在一定程度上为青风藤治疗
OA提供相应的科学解释，也为现代中药的开发奠定
基础。由于中药复杂的作用机理及分子基础，如何将
中药的计算机模拟研究进一步深入，阐明中药有效成
分的组合规律，是本课题组下一步要进行的工作。相
信计算机模拟方法有助于推动中药现代化进程。
参 考 文 献
［1］ 孙霞，于晓佳，邱明丰，等． 青风藤药理与临床研究进展
［J］．中国中西医结合外科杂志，2005，11(4) :363 －364．
［2］ 杨惠琴，陈礼荣．青藤碱注射液对兔膝骨性关节炎关节
液及血清 IL-6 水平的影响［J］． 中医药导报，2007，13
(10) :62 － 63．
［3］ Xu XJ． New concepts and approaches for drug discovery
based on traditional Chinese medicine［J］． Drug Disc To-
day Technol，2006，3(1) :247 － 253．
［4］ Ekins S，Mestres J，Testa B． In silico pharmacology for
drug discovery:applications to targets and beyond［J］． Br J
Pharmcol，2007，152(1) :1 － 17．
［5］ 郑春松，徐筱杰，刘献祥，等． 精制透骨消痛颗粒防治骨
性关节炎的计算机药理学［J］．物理化学学报，2010，26
(3) :775 － 783．
［6］ Zheng CS，Ye HZ，Xu XJ，et al． Computational pharma-
cology study of Tougu Xiaotong Granule in preventing and
treating knee osteoarthritis［J］． Chin J Integr Med，2009，
15(5) :371 － 376．
［7］ 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．
［8］ Wishart DS，Knox C，Guo AC，et al． DrugBank:a knowl-
edge base for drugs，drug actions and drug targets［J］． Nu-
cleic Acids Res，2008，36(Database issue) :D901-D906．
［9］ Wishart DS，Knox C，Guo AC，et al． DrugBank:a com-
prehensive resource for silico drug discovery and exploration
［J］． Nucleic Acids Res，2006，34(Database issue) :
D668-D672．
［10］ Bonnet CS，Walsh DA． Osteoarthritis，angiogenesis and in-
flammation［J］． Rheumatology，2005，44(1) :7 － 16．
［11］ 李志．骨性关节炎与细胞因子相关性研究进展［J］．甘肃
中医学院学报，2005，22(4) :53 － 55．
［12］ 李静雅，叶其壮．治疗关节炎症的新靶点———聚蛋白多
糖 Aggrecanase的研究进展［J］．生物化学与生物物理进
展，2001，28(5) :654 － 657．
［13］ Shannon P，Markiel A，Ozier O，et al． Cytoscape:a software
environment for integrated models of biomolecular interaction
networks［J］． Genome Res，2003，13(11):2498 －2504．
［14］ 王林，戴冠中．复杂网络的度分布研究［J］． 西北工业大
学学报，2006，24(4) :405 － 409．
［15］ Hopkins AL． Network pharmacology:the next paradigm in
drug discovery［J］． Nature Chem Biol，2008，4(11) :
682 － 690．
［16］ 高宁阳，曹月龙，刘婷，等． Wnt 信号通路与骨关节炎
［J］． 中国骨科，2010，23(4) :320 － 323．
［17］ 王珍，李矗．中药复方治疗骨性关节炎的实验研究进展
［J］．中南药学，2007，5(6) :539 － 541．
Wang Z，Li C． Progress in experimental research of com-
pound Chinese herbal prescription in treating knee osteoar-
thritis［J］． Centr South Pharmacy，2007，5(6) :539 －541．
(收稿:2011 － 06 － 24 修回:2011 － 08 － 19)