全 文 ：·科技之窗·
青花椒碱分子模拟及活性预测
周玉新　杜树山　乔延江　魏璐雪
(北京中医药大学中药学院中药化学教研室　北京 100029)
　
摘要:通过分子模拟技术得到青花椒碱(Schinifoline)不同 3D 构象 ,确定了所分离得到的 Schinifoline
的优势构象 ,并从空间角度讨论了 NMR 中NOESY 效应;运用 KDD 技术通过搜寻DNP 和MDDR3D
数据库 ,预示 Schinifoline 可能还具有抑制5-脂氧酶 、抗过敏及拒食等活性 。
关键词:青花椒;青花椒碱;活性;分子模拟;KDD 技术
中图分类号:R284.1
　　青花椒(Zanthoxylum schinifolium Sied et Zucc)是
中药花椒品种之一 ,具有温中 、杀虫 、止痛等功效 。
民间还用来治疗风湿筋骨疼痛 、跌打损伤 、牙痛 、毒
蛇咬伤等。为了探讨青花椒的有效成分 ,扩大药用
资源 ,我们继往曾对其果皮进行了化学研究[ 1] ,青花
椒碱(Schinifoline)为分得的5个主要化合物之一 ,结
构见图1:
　
N
R1
O
R3
R2
　
Schinifoline:
　R1=CH5
　R2=CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH3
　R3=H
图 1　青花椒碱及其类似物结构
作者以 UV 、IR、MS 、NMR(1H 、13C 、NOESY)方法
对青花椒碱的结构进行了确证 ,根据 NOESY谱发现
7 -H 和 N-CH3 及 3-H 之间 、6 -H 和 N-CH3
及3-H 之间都有 NOE 增益效应 ,并推断青花椒碱
的侧链是卷曲的。但作者对所出现的 NOE 增益效
应以及青花椒碱的立体结构未作进一步的研究 ,也
未给出合理的解释 。我们采用计算方法对 Schinifo-
line 进行 3D构象分子模拟 ,通过比较 7 -H 、6 -H
与N-CH3 、3-H之间的空间距离的差别来分释它
们之间所出现的 NOE增益效应。
青花椒碱是首次在花椒属中发现的 4-喹喏酮
类生物碱 。对所分得的青花椒碱进行抑菌实验[ 2]发
现该化合物具有较好的选择性抑菌作用 。但鉴于青
花椒碱样品量少 ,未进行其它活性筛选。数据库知
识挖掘(Knowledge Discovery in Database , KDD)技术
是近年来发展起来的一门新兴信息处理技术 ,它是
从现有数据库中 ,借助于各种信息处理工具 ,将隐含
在数据库中的有用信息挖掘出来 。目前该技术在中
医中药领域的应用正处于起步阶段 ,因此我们尝试
将 KDD技术首先应用在青花椒碱上 ,进行青花椒碱
的活性预测 ,试图拓宽青花椒的药用资源 ,改变目前
中药研究过程中由于样品量少而无法进行药理实验
的困境 。
分子模拟及 KDD研究等操作均在 SGI 工作站
(R10000)上进行 ,分子模拟工具采用 Tripos公司产
品 Sybyl 6.5 ,数据库搜寻采用 Unity 等工具。
1　分子模拟
1.1　Schinifoline 3D结构的构造与优化
分子构造时 ,将 N-CH3 分别指向喹喏酮环的
下方和上方 ,采用 Tripos 力场对 Schinifoline 进行优
化 ,得到α-Schinifoline及 β-Schinifoline的 3D构象 ,如
图 2所示 。
图 2　青花椒碱体及体空间叠加构象
1.2　青花椒碱α-构象与 β-构象叠加比较与空间距
离的计算
　　选择喹喏酮环上 C5、C6 、C7 、C8 作为叠加原子 ,
将α-Schinifoline与 β-Schinifoline 的构象进行叠加 ,如
图 2所示 。分别测量的 7 -H 和 N-CH3 及 3-H
之间 、6 -H 和 N-CH3及 3-H 之间的距离 ,结果
·21·
2000 年 3月第 23 卷第 2 期
March 2000 , Vol.23 , No.2 　　　　　　　
北京中医药大学学报
Journal of Beijing University of TCM
周玉新 ,男 , 33岁 , 中药学博士 ,讲师
　　　国家自然科学基金资助课题(No.39370843)
见表 1。
表 1　青花椒碱部分原子间空间距离及总能量
构象 7 -H/N-CH3( )
7 -H/ 3-H
( )
6 -H/N-CH3
( )
6 -H/3-H
( )
Total Energy
(Kcar/Mol)
α 8.108 9.425 6.267 8.216 14.043
β 8.808 10.035 7.414 9.209 5.488
　　从以上数据可以看出 ,α体结构中 7 -H、6 -
H 、N-CH3 、3-H原子之间的距离与 β体相比较短 ,
侧链原子与N-CH3、3-H 之间存在捅挤现象 ,因此
分子总能量较高;而 β体侧链原子处于较好的伸展
状态 ,上述原子间的作用力较小 ,因而整个分子总能
量较低 , β体应为最优构象 。
2　活性预测
Chapman&Hall天然产物数据库(Dictionary of Nu-
tural Products , DNP6.2)截至到 1998 年底已收载了
120 000个天然产物 ,其中一些化合物已给出了活性
及其数据(ID50)。MDL公司的产品结构与活性数据
库(MDDR3D)已收载了100 000多个合成化合物 , 此
表 2　DNP及 MDDR3D中相似结构活性化合物
ID R1 R2 R3
00014860- -00 CH3 Iso-C5H11 H
00083832- -00 H C7H15 H
00021138- -00 H C9H19 H
00021142- -00 H C5H11 H
00084265- -00 H C11H23 H
170555 H CH=CH(CH2)6CH3 CH3
173818 C2H5 Cyclo-C3H5 H
数据库中列出了所有化合物的结构与活性 。通过结
构搜寻(结构相似度为 90%),将与 Schinifoline结构
相似的天然产物以及合成化合物(共 31个化合物),
经过检索 、比较 、分析 ,发现表 2中所列化合物均具
有抗菌 、抑制 5-脂氧酶 、抗过敏以及拒食等活性。
孙氏等[ 3]综述了花椒属植物中一些生物碱的药
理作用 ,其中喹喏酮衍生物具有抑菌作用 ,但未见文
献报道花椒属植物中喹喏酮衍生物其它药理活性。
由于Schinifoline 与表 1 中所列化合物结构相似 ,其
差别只在 2位侧链取代基不同 ,可将 Schinifoline 作
为同一系列化合物 。因此可以预示 Schinifoline 亦应
具有抗菌 、抑制 5-脂氧酶 、抗过敏以及拒食等活
性 ,为今后深入研究 Schinifoline 新的药理活性提供
了有益依据 。
参　考　文　献
1　刘锁兰 , 魏璐雪 , 王　动 ,等.青花椒化学成分的研究.
药学学报 , 1991 , 26(11):836～ 840
2　刘锁兰.青花椒化学成分分析:[ 学位论文] .北京:北京
中医学院 , 1989
3　孙小文 , 段志兴.花椒属药用植物研究进展.药学学报 ,
1996 , 31(3):231 ～ 240
(收稿日期:1999-06-11)
Molecular Modeling and Activities Prediction on Schinifoline
Zhou Yuxin(周玉新), Du Shushan(杜树山),Qiao Yanjiang(乔延江),et al.
(Beijing University of Traditional Chinese Medicine ,Beijing 100029)
ABSTRACT:The 3D-Conformations of Schinifoline which was isolated from Zanthoxylum schinifolium Sied et Zucc
were obtained via Molecular Modeling , and the optimum conformation was identified as b-conformation.The NOESY ef-
fects were discussed on the basis of space factors.Applying the method of Knowledge Discovery in Database(KDD)and
searching in DNP and MDDR3D with KDD , schinifoline also showed other activities , such as antifeedant activity against
Pectinophora gossypiella.5-Lipoxygenase inhibition and antiallergic effect were showed as well.
KEYWORDS:Zanthoxylum schinifolium Sied et Zucc;Schinifoline;Activities;Molecular Modeling;KDD
·22· 北京中医药大学学报　 　 　　　　　　　　　　　　2000 年第 23卷