全 文 ：剂量组 :与模型组比较骨小梁稍规则 ,数目轻度增
多 ,厚度稍增加 ,断裂少 ,髓腔间隙稍变小 ,骨小梁面
积稍高于模型组。小剂量组 :骨小梁变细 ,数量减
少 ,断裂增多 ,碎裂形成纽扣状碎骨片 ,髓腔扩大 ,皮
质骨变薄 ;与假手术组比较 ,同样倍数下骨小梁的连
接中断点明显增多 ,骨小梁髓腔间距增大 ,病理改变
接近模型组。见图 1。
图 1 　去卵巢大鼠骨组织病理学
Fig. 1 　Pathology of osseous tissue in rat extrirpated ovary
4 　讨论
　　前期和国内其他学者的研究结果都证实葛藤和
葛根的总黄酮量相近 ,但其主要成分比例不同。目
前 ,国内均以葛根为原料提取葛根总黄酮 ,葛藤仍然
被视为非药用部位 ,在葛根采集中被丢弃。因此开
展葛藤新药的开发研究具有重要的经济价值。
本研究在药学研究的基础上 ,结合骨质疏松发病
学基础 ,选择卵巢切除大鼠模型来观察葛藤提取物治
疗骨质疏松的作用 ,为临床进一步应用提供基础。
连续给药 6 个月后 ,分别观察各组大鼠所考察
指标 ,葛藤提取物 3 个给药组均明显提高骨组织抗
外力作用 ,增加骨骼中钙的量 ,不同程度改善造模引
起的骨质疏松表现 ;病理诊断也提示葛藤提取物不
同程度改善骨质疏松模型骨组织病理性改变 ,增加
骨小梁数目。葛藤提取物具有明显的干预和治疗雌
激素缺乏引起的骨质疏松的药效学作用。
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黄酮苷元的三维构动关系研究Ⅰ: Caco22 细胞渗透性的预测
徐 　适 ,陈 　雕 ,兰 　轲 3 ,蒋学华 ,王战国
(四川大学华西药学院 ,四川 成都 　610041)
摘 　要 :目的 　探索应用计算机虚似筛选技术进行中药与天然药物早期药动学研究的方法 ,阐明黄酮苷元的结构
与其 Caco22 细胞渗透性的关系。方法 　以 Sybyl 7. 3 软件包的 CombiLibMaker 模块构建基于黄酮 (flavone) 骨
架的虚拟组合化学库 ,以 Volsurf 模块定性预测黄酮苷元的 Caco22 细胞渗透性。结果 　构建的虚拟组合化学库中
包含 26 244 个黄酮苷元。黄酮苷元的 Caco22 细胞渗透性与其取代基的种类和数量有关 ;羟基取代的增多不利于
其透过 Caco22 细胞 ,羟基的甲基化则可增加其透过 Caco22 细胞的能力。结论 　研究结果与报道的试验数据具有
良好的相关性。
关键词 :黄酮类化合物 ; 构动关系 ; Caco22 细胞 ; 吸收
中图分类号 :R285161 　　　文献标识码 :A 　　　文章编号 :025322670 (2009) 0921452204
　　黄酮类化合物 (flavonoids) 分布广泛 ,具有多
种多样的生物活性。多年来国内外学者致力于其药
动学的研究 ,并取得了一定的进展。截至 1993 年 ,
已鉴定的天然黄酮类化合物就已超过 4 000 个[1 ] ,
传统的药动学研究方法难以满足研究的通量需求。
计算机虚拟筛选技术可利用组合化学原理构建某一
·2541· 中草药　Chinese Traditional and Herbal Drugs 　第 40 卷第 9 期 2009 年 9 月
3 收稿日期 :2008212219　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
基金项目 :四川大学青年科学研究基金 (校青 07035) ; 四川大学大学生科研训练计划 (2008 —2009 年)
作者简介 :徐　适 ,男 ,四川大学 2006 级本科生。Tel : (028) 855037223 通讯作者　兰　轲　Tel : (028) 85503722 　E2mail : lanwoco @scu. edu. cn ,lanwoco @163. com
类天然产物的虚拟组合化学库 ,再以三维构动关系
(3D2SPR) 研究技术快速对库中化合物进行药动学
性质的虚拟筛选 ,预测其透膜性、口服吸收与代谢稳
定性等性质 ,从而为实验研究提供重要的参考信息。
Sybyl 软件包为 Tripos 公司开发的专业分子模拟平
台 ,其中 CombiLibMaker 模块可快捷地构建虚拟组
合化学库 ;Volsurf 模块可方便地构建三维构动关系 ,
阐明化合物的结构与生物学性质之间的关系[2～4 ] 。
虽然天然黄酮类化合物主要以各种糖苷的形式
存在 ,但是大部分研究已证实 ,黄酮苷口服给药后在
肠道内即发生代谢 ,水解脱掉糖基后被吸收[5～7 ] 。
因此 ,对黄酮苷吸收过程的研究应当尤其关注其苷
元形式的吸收特征。以骨架结构划分黄酮类化合物
可分为黄酮类、黄酮醇类、异黄酮类、黄烷酮类与异
黄烷酮类等 ,其中尤以黄酮类与黄酮醇类化合物在
自然界的分布最为广泛。为此 ,本研究选择具有黄
酮骨架结构的黄酮苷元为研究对象 ,采用 CombiL2
ibMaker 构建虚拟组合化学库 ;以 Volsurf 预测库
中化合物 Caco22 细胞的渗透性 ,解释黄酮苷元
Caco22 细胞渗透性与其化学结构之间的关系。本
研究旨在探索利用计算机虚拟筛选技术早期进行天
然产物的药动学性质研究的方法 ,为中药与天然药
物的进一步实验研究提供依据。
1 　虚拟组合化学库的构建
　　以黄酮为骨架 ,使用 Sybyl 7. 3 软件包 ( Tri2
pos , St . Louis , U SA) 中的 CombiLibMaker 模块
构建组合化学库 ,定义骨架上的 10 个氢分别可被羟
基或甲氧基所取代 (图 1) 。黄酮骨架中连接 B 环与
C 环的 C2C 键为可旋转键 ,因此 B 环的 R2′位等同
于 R6′位 ,R3′位等同于 R5′位 ,因此库中化合物的容
量为 26 244 个。库中囊括了自然界存在的大部分
基于此骨架结构的黄酮苷元 ,其中常见的黄酮苷元
见表 1。
图 1 　虚拟组合化学库中黄酮类化合物的骨架
Fig. 1 　Flavonoids skeleton of virtual combinatorial
chemical library
表 1 　虚拟组合化学库中常见的天然黄酮苷元
Table 1 　Common natural flavone aglycones presented
in virtual combinatorial chemical library
No 名　称 相对分子质量 No 名　称 相对分子质量
1 黄酮 (flavone) 222124 12 山柰素 (kaempferide) 300126
2 黄酮醇 (flavonol) 238124 13 槲皮素 (quercetin) 302124
3 报春花素 (primetin) 254124 14 桑色素 (morin) 302124
4 白杨素 (chrysin) 254124 15 异鼠李素 (isorhamnetin) 316126
5 芹菜素 (apigenin) 270124 16 鼠李素 (rhamnetin) 316126
6 黄芩素 (baicalein) 270124 17 小麦黄素 (tricin) 330129
7 高良姜黄素 (galangin) 270124 18 阿亚黄素 (ayanin) 344132
8 汉黄芩素 (wogonin) 284126 19 坦布林 (tambulin) 344132
9 漆黄素 (fisetin) 286124 20 川陈皮素 (nobiletin) 402139
10 山柰酚 (kaempferol) 286124 21 栀子黄素 (gardenin) 418139
11 香叶木素 (diosmetin) 300126 22 月橘素 (xoticin) 462145
2 　构效关系研究
211 　Volsurf 描述符 Volsurf 模块以 GRID 程序将
目标分子的三维结构置于三维网络中 ,通过逐一计
算探针与目标分子三维结构网格点上的各个原子的
作用力 ,计算分子作用场 ( molecular interaction
field , MIF) 。Volsuf 中最常用的 GRID 探针为
O H2 、DR Y 和 O。O H2探针即水探针 ,可用于模拟
溶解和去溶解过程。DR Y 探针即疏水探针 ,用于寻
找目标分子表面的憎水基团 ,可用于模拟生物膜与药
物分子的疏水性相互作用。O 探针即羰基探针 ,可用
于模拟生物膜和药和分子间的氢键的相互作用。
Volsurf 模块将 GRID 获得的分子作用场数值
换算为 94 个 VolSurf 描述符 (Descriptors) ,可分
别定量描述出分子的大小、形状、极性、疏水性及其
两者之间的平衡等性质。从 GRID MIF 中产生的
Volsurf 描述符较一维或二维描述符具有明显的优
越性 ,对叠合规则不敏感 ,可克服比较分子场法
(compare molecular field assay , CoMFA) 的不足。
VolSurf 程序中通常在由 2D 向 3D 转化前首先进
行能量最低优化 ,因而避免了分子动力学法的取样
和 Bolt nnann 法的平均化问题[8 ] 。
212 　构效关系模型的建立 :Volsurf 模块的 Caco22
细胞渗透性模型纳入了 751 个性质各异的化合物
的 Caco22 细胞吸收方向表现渗透系数 (apparent
permeability , Papp) ,这些数据来源于文献以及各
个实验室的内部数据。模型首先将 751 个化合物
的 Papp 换算为打分值 ( score) ,作为模型的响应
值 ,然后以逐一剔除法 (leave one out , LOO) 或逐
二剔除法 (leave two out , L TO) 将 97 个 VolSurf
描述符进行降维处理 ,随后以偏最小二乘法 (par2
tial least squares , PL S) 拟合预测模型。将所建立
的黄酮苷元化合物虚拟组合化学库导入此 PL S 模
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型中 ,即可获得库中黄酮苷元 Caco22 细胞渗透性的
PL S 投影图 ,预测其 Caco22 细胞渗透性并解释其
与结构之间的关系。
3 　结果与讨论
311 　黄酮苷元化合物透过 Caco22 细胞能力的整体
趋势 :图 2 为预测黄酮苷元 Caco22 细胞渗透性的
PL S 投影图。图中央的 C 线为高渗透性和低渗透
性的分界线 ;把投影图分成了两个区域 ,分别是高渗
透性区域 (C 线右侧) 和低渗透性区域 ( C 线左侧) 。
C 线左右的 A 线与 B 线分别代表了 PL S 模型的正
负标准偏差。深灰色方形点表示虚拟组合化学库中
黄酮苷元 ,可见其分布于横跨 C 线 ,右侧的化合物
约占 60 % ,左侧约占 40 % ,说明黄酮苷元化合物的
Caco22 细胞渗透性中等偏高 ,另一个方面也说明模
型对库中某些分布于模型误差线附近的化合物的预
测准确率相对较低。
Volsurf 主要用于预测化合物以被动转运途径
透过 Caco22 细胞的能力 ,而大量研究已证实许多黄
酮苷元存在 ABC 转运蛋白 (A TP binding casset te
t ransporters) 介导的外排现象 ,这可能导致本研究
的预测结果与实际试验结果存在一定的偏差。另
外 ,由于 Caco22 细胞转运试验方法的局限性 ,同一
化合物在不同实验室或不同时期测得的 Papp 数据
往往存在一定的差异。为此 Volsurf 将模型化合物
的 Papp 数据换算为打分值 , Papp 小于 4 ×10 - 6
cm/ s 打分小于 - 1 , Papp 大于 8 ×10 - 6 cm/ s 打分
大于 + 1 , Papp 在 4 ×10 - 6 ～8 ×10 - 6 cm/ s 打分介
于 - 1 与 + 1 之间。这种处理方法一方面最大程度
地减小了因源数据的变异导致的模型预测误差 ,另
一方面也使得所建立的模型为定性预测模型而非定
量预测模型 ,即仅能定性比较化合物渗透性的高低 ,
而不能定量预测化合物的 Papp 数据。
图 2 　实验和模型化合物的 PLS 投影图
Fig. 2 　PLS Scores plot of experimental and model compounds
312 　黄酮苷元化合物 Caco22 细胞渗透性的构效关
系 :从图 2 可见表 1 中 22 个黄酮苷元的分布趋势 ,
随黄酮苷元相对分子质量的增加其 Caco22 细胞渗
透性先减小再增加 ,与黄酮苷元分子中的羟基取代
数量对相对分子质量的影响规律一致。因此 ,就取
代基的种类与数量而言 ,黄酮苷元的 Caco22 细胞渗
透性随着羟基取代数目的增加而逐渐减小 (黄酮无
取代 ,渗透性最高 ;桑色素分子中存在 5 个羟基 ,渗
透性最低) ,相反随着甲氧基取代数目的增加而逐渐
增大 (月橘素分子中存在 8 个甲氧基 ,渗透性恢复到
较高水平) 。直观也可发现库中黄酮苷元的 Caco22
细胞渗透性以未取代的黄酮最好 ,十羟基黄酮最差 ,
而十甲氧基黄酮又恢复一定的渗透能力。
313 　分析验证 :将本研究的结果与试验研究报道进
行对比验证 ,发现多数文献报道结果均与本研究的
结果一致。近期的一项对 36 个黄酮类化合物进行
Caco22 细胞转运试验的研究 (其中包括了 15 个黄
酮苷元) ,其研究结果与本文的预测结果完全一致 ,
表明黄酮分子中羟基取代的数量对其 Caco22 细胞
渗透性具有显著的影响[ 9 ] 。另有研究表明 ,黄酮吸
收方向的 Papp 高达 31 80 ×10 - 5 cm/ s ,而多羟基取
代黄酮 (如木犀草素、桑色素、槲皮素) 在测试浓度
下未测得存在吸收方向的转运[10 ] 。Walle 等[11 ] 比
较了某些羟基取代黄酮与相应甲氧基取代黄酮透过
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Caco22 细胞的能力 ,结果表明羟基的甲基化可导致
其 Caco22 细胞吸收方向的 Papp 显著增加 ,进一步
验证了本研究的预测结果。也存在一些与本研究结
果不符的报道。槲皮素 3′位的羟基甲基化后即为
异鼠李素 ,多项研究均表明异鼠李素透过 Caco22 细
胞的能力显著低于槲皮素[12 ,13 ] 。李萍等[14 ] 报道在
p H 5. 5 的转运介质中 ,5 种黄酮苷元吸收量的大小
顺序为 :槲皮素 (5 羟基取代) > 木犀草素 (4 羟基
取代) > 染料木素 (3 羟基取代) > 芹菜素 (3 羟基
取代) > 大豆苷元 (2 羟基取代) ,这可能与试验操
作的 p H 有关 ,一般进行 Caco22 细胞转运试验均要
求在 p H 714 ,即生理 p H 值下进行[15 ] 。这也提示
需要进一步深入探讨羟基与甲氧基的取代位置对黄
酮苷元 Caco22 渗透性的影响。
4 　结论
　　本研究构建了具有黄酮骨架结构的虚拟组合化
学库 ,对库中化合物 Caco22 细胞渗透性的定性预测
结果表明 ,黄酮苷元的 Caco22 细胞渗透性与其取代
基的种类和数量有关 ,黄酮苷元化合物的 Caco22 细
胞渗透性最高 ,十羟基取代的黄酮苷元最低 ;羟基取
代的增多不利于其透过 Caco22 细胞 ,羟基的甲基化
则可增加其透过 Caco22 细胞的能力。研究结果与
文献报道的试验数据具有良好的相关性。本研究所
采用的虚拟筛选技术可快速准确地预测黄酮苷元化
合物的 Caco22 细胞渗透性 ,该方法适用于黄酮类化
合物药动学性质的早期虚拟筛选。
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《中草药》杂志售过刊信息
　　《中草药》杂志编辑部尚存部分过刊合订本 ,包括 :197421975 年、1976 年、1979 年、1988 - 1993 年 (80 元/ 年) ,1996、
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