基于分子连接性指数探归肝经中药成分“印迹模板”的特征

[摘要]该文主要从分子连接性指数相似性角度探讨归肝经中药成分“印迹模板”的特征，为中药归经作用寻找科学依据。该文以普通高等教育“十二五”国家级规划教材《中药学》和《中药化学》为蓝本，通过查阅文献和检索西北农林科技大学中药系统药理学数据库中的TCMSP子库，归纳并总结单归肝经中药所含成分信息，对各成分的分子连接性指数进行计算，并求算出归肝经中药成分的平均分子连接性指数，与单成分分子连接性指数对比，锁定肝经模板分子类别。通过计算单归肝经中药成分平均分子连接性指数为947，与黄酮苷类（917±211）和萜类（930±362）化合物比较接近。因此，初步推断肝经的模板分子與黄酮苷类和萜类理化性质相近，从而提出黄酮苷类和萜类成分最能与肝经的“印迹模板”较好匹配的假说。

[关键词]超分子印迹模板； 肝经； 分子连接性指数； 中药成分

Characteristics of supramolecular imprinting template on liver meridian

tropism of traditional Chinese medicine based on molecular connectivity index

FAN Shiqi1， LI Sen1， LIU Jinling1， YANG Jiao1， HU Chao1， ZHU Junping1，

XIAO Xiaoqin1， LIU Wenlong1， 2， 3*， HE Fuyuan1， 2， 3*

（1School of Pharmacy， Hunan University of Traditional Chinese Medicine， Changsha 410208， China；

2Hunan Key Laboratory of Druggability and Preparation Modification of Traditional Chinese Medicine， Changsha 410208， China；

3Supramolecular Mechanism and MathematicsPhysics Characterization Laboratory for Chinese Materia Medica， Hunan University

of Traditional Chinese Medicine， Changsha 410208， China）

[Abstract]The molecular connectivity index was adopted to explore the characteristics of supramolecular imprinting template of herbs distributed to liver meridian， in order to provide scientific basis for traditional Chinese medicines（TCMs） distributed to liver meridian In this paper， with "12th fiveyear plan" national planning textbooks Science of Traditional Chinese Medicine and Chemistry of Traditional Chinese Medicine as the blueprint， literatures and TCMSP subdatabases in TCM pharmacology of northwest science and technology university of agriculture and forestry were retrieved to collect and summarize active constituents of TCM distributed to liver meridian， and calculate the molecular connectivity index The average molecular connectivity index of ingredients distributed to liver meridian was 947， which was close to flavonoid glycosides′ （917±211） and terpenes （930±362） Therefore， it is inferred that template molecule of liver meridian is similar to physicochemical property of flavonoid glycosides and terpenes， which could be best matched with imprinting template of liver meridian

[Key words]supramolecular imprinting template； liver meridian； molecular connectivity index； ingredients of traditional Chinese medicine

中药归经理论历史悠久，长期指导中医临床用药。归，即归属，指药物作用的归属；经，即人体的脏腑经络[13]。归经是药物作用的定位概念，即某种药物对某些脏腑经络有特殊的亲和作用，在治疗过程中这种特殊的亲和作用表现为对某脏腑经络病变的特殊治疗作用。归经理论是中药药性理论的核心内容之一，用来表示药物对机体不同部位的选择性作用[46]。药物进入机体，并非对所有脏腑经络发生同等强度的作用，而仅对某些脏腑经络产生明显作用，对其他脏腑经络的作用很小甚至无明显影响。这种现象的存在可以用超分子“印迹模板”的理论来解释。本课题组前期用超分子印迹模板理论诠释了中医药理论的微观物质基础[78]，指出中药成分与经络脏腑是通过超分子共印迹而产生相互作用，具有相似“印迹模板”的中药分子可与其具相似“印迹模板”的脏腑产生共印迹作用，中药归经即共“印迹模板”分子群与经络脏腑相似“印迹模板”空间结构的相互自主识别。然而，所谓的“印迹模板”到底该如何表征，不同归经的药物分子“印迹模板”有何特征，各经络“印迹模板”可否具象化等问题仍有待进一步探讨和总结。近期，课题组将分子连接性指数的计算用以研究中药成分的“印迹模板”，以普通高等教育“十二五”国家级规划教材《中药学》和《中药化学》为蓝本，对课本中400多味中药（不包括附药）所含成分进行归纳，并计算各成分的分子连接性指数以寻找蛛丝马迹，只为进一步完善中药多成分“印迹模板”的理论研究。

本文以只归肝经中药为例，对其所含的整体化学成分信息进行归纳总结，并计算各成分的分子连接性指数，求出归肝经中药成分的平均分子连接性指数，判定与肝经“印迹模板”相匹配的模板分子的类别，为进一步寻找通用的肝经模板分子、筛选肝引经药以及制备基于超分子“印迹模板”自主识别的中药复方靶向制剂提供依据；为其他经络基于超分子印迹模板的研究奠定基础。

1超分子印迹

超分子印迹的起源可以追溯到Pauling提出的“抗体形成”学说、Dickey提出的“专一性吸附”概念以及Fischer用来解释酶与底物作用的“锁与钥匙模型”。超分子印迹理论与药理学经典的受体配体理论具有极大的相似性，能解释受体配体理论，但又与其有不同之处，它的核心是制备具有分子识别能力的印迹聚合物（molecular imprinted polymer，MIP）的技术[9]。

MIPs的制备[10]首先是模板分子与功能单体以共价键或者非共价键的形式结合形成复合物，然后加入交联剂和引发剂，交联剂就可以在复合物的周围与功能单体发生聚合反应生成聚合物，再洗脱掉模板分子，就得到了与模板分子形状、大小、官能团相匹配的印迹孔穴的聚合物，对模板分子有“记忆”功能。根据模板分子与功能单体之间形成复合物时作用力的不同，MIPs的制备可以分为预组装方式和自组装方式。前者是指模板分子与功能单体在聚合前预先通过酯化反应、希夫碱反应、缩酮反应等形成可逆共价键，交联聚合后再采用化学的方法打开共价键，释放出模板分子得到印迹聚合物。该法所制得的印迹聚合物由于反应过程十分明确，功能基在空间精确固定排列，因而具有高亲和性和高选择性，但也存在反应条件很难满足及模板分子不易洗除的问题。后者是指模板分子与功能单体预先通过非共价键（如氢键、疏水作用、静电引力、ππ堆积作用、金属螯合作用等）结合形成多点作用的复合物，交联聚合后淋洗除去模板分子而制得的分子印迹聚合物。该法以超分子作用为基础，分子识别过程依赖模板分子与印迹聚合物上功能基团之间的氢键作用、疏水作用、静电作用等。其结合方式与生物分子类似[1112]。

超分子印迹属于超分子化学中主客体化学研究范畴，体现自组织、自组装、自识别与自复制的特点。超分子印迹模板是化学上的分子结构概念，是“在空间结构和结合位点上能完全匹配的模板物”，对中药成分来说是活性原子团的空间排列点阵，能从化学物质的本源上说明主客体分子的普遍作用规律。人体及中药成分可以自身或相互络合、复合、螯合、包合、中和形成超分子物质，体现出自组装、自组织、自识别及自复制的特征。众多小分子模板可以合成超分子主体结构，如基于氨基酸的蛋白质合成，基于葡萄糖的肝糖元合成，基于核苷酸的DNA、RNA合成等。这些超分子主体进一步組成细胞器，众多的细胞器构成细胞，然后通过自我复制分化形成各种功能类型的细胞，各种类型的细胞有序联结形成器官组织，再有序联接最终构成整个生物体。在这个多级的超分子主体生成过程中，母体超分子保留了子体超分子的印迹模板。中医的经络脏腑结构是基于细胞内外的超分子印迹模板特有的分子空间的孔穴通道结构，共“印迹模板”分子群的特征可以由分子连接性指数法初步表征。

2分子连接性指数法（molecular connectivity index，MCIs）

分子连接性指数最早是由Randic于1975年提出的，继而Kier和Hall等加以发展，形成的一种新的拓扑方法。它是在分子图顶点度和价概念的基础上建立起来的，可根据分子中原子的连接方式定量地描述分子的结构排列[1317]。分子连接性指数与分子的多种理化性质（包括液体密度、沸点、有机物的水溶性、摩尔折射度、分子极化度、立体参数、分配系数等）及生物效应（麻醉活性、酶抑制活性、抗菌活性、致幻活性、毒性等）[16]有关。不同的分子可以具有相同或相近的分子连接性指数，其理化性质往往相似。分子连接性指数假定用来表示分子结构和若干性质间的定量关系所需的信息，表征于由非氢原子和价键构成的隐氢式中，分子的性质和由隐氢式计算得到的连接性指数间存在某种函数关系。MCIs用点价乘积平方根的倒数来表示，有零阶、一阶、二阶及多阶指数之分，详细内容参见文献[14]，本研究所用的为一阶指数。

δi，δj分别为i原子和j原子的Delta值，即与原子i，j相连接的其他非氢原子数目；κ为价的数目；n为子图数目。

3单归肝经中药所含成分分子连接性指数计算

31纳入标准以钟赣生主编的普通高等教育“十二五”国家级规划教材《中药学》为蓝本，找出其中单归肝经的中药26味，包括14味植物药，分别为赤芍、重楼、臭梧桐、海风藤、海桐皮、茜草、青葙子、桑枝、月季花、蒺藜、罗布麻、天麻、密蒙花、青黛；10味动物药，分别为蕲蛇、乌梢蛇、五灵脂、蟅虫、水蛭、虻虫、全蝎、蜈蚣、石决明、紫贝齿；2味矿物药，分别为花蕊石、自然铜。由于动物药主要含氨基酸、蛋白质、多肽及脂肪类成分，各种氨基酸通过相互缩合形成与“印迹模板”相匹配的孔穴结构，所形成的结构复杂多变，且脂肪类成分主要起到修饰模板的作用，故暂时不纳入研究。仅归纳总结14味植物药的成分信息，计算分子连接性指数，用于归肝经中药成分印迹模板差异的分析。

32成分信息通过检索西北农林科技大学中药系统药理学数据库中的TCMSP子库及查阅文献[1855]，归纳总结14味单归肝经植物药所含成分信息。参考以王任兵主编的普通高等教育“十二五”国家级规划教材《中药化学》，结合中药有效成分的特征，分为生物碱、糖类及苷类、醌类、苯丙素类、黄酮类、甾体类、萜类、有机酸、鞣质类及其他类。各味药所含各类成分频数统计见表1，各药各成分占总频次的百分比见表2。

3.3单味归肝经中药各类成分平均分子连接性指数计算按前述方法计算单味归肝经中药各成分的分子连接性指数，并将各成分按32项下方法归类，计算各类成分的平均分子连接性指数，见表3，结果显示表3中各类成分平均分子连接性指数与表2中各类成分所占比例相乘，求和得归肝经植物药的平均分子连接性指数，见表4。

4分析与讨论

药物归肝经即该药成分对肝脏选择性高，换言之，这些成分与肝经具有相同或相似“印迹模板”。欲知肝经“印迹模板”特征必须对归肝经成分进行分析。化学成分中的糖苷类是由其余各类成分与糖连接形成的苷，糖苷依赖其余各类成分而存在，故在归肝经植物药的化学成分分类时，先按其所属苷元的化学成分进行分类，若其苷元属于所分的其他类成分中时，则归为糖苷类。由表1，2可知单归肝经中药中出现最多的是黄酮类、甾体类、萜类以及其他类成分。其他类主要是一些烷烃、烯烃、酯类、醚类等，对“印迹模板”的边边角角起修饰作用。由此可知归肝经中药模板分子主要由黄酮类、甾体和萜类组成，黄酮类、甾体类和或萜类能与肝经孔穴通道较好匹配，组成肝经“印迹模板”的主体框架结构，其他一些成分则参与构成模板内外精细结构，以调节模板极性、孔穴大小、延伸方向等以便与相应脏腑经络结合，从而引起机体一系列的生理生化变化。

分子连接性指数相同或相近与否在一定程度上反映物质理化性质是否相同，表3中显示不同的归肝经中药各类成分平均分子连接性指数有所不同，究其原因一方面是因为归类比较粗略，比如苯丙素类没有区分简单苯丙素、木脂素还是香豆素，萜类没有将单萜、倍半萜或者三萜再分别计算，再者各类成分的衍生物也归类到该类成分中，因而计算结果差异较大。表4中计算出归肝经植物药的平均分子连接性指数为947，通过对比表3中各类成分的分子连接性指数与其平均值和标准差，发现与黄酮苷类（917±211）和萜类（930±362）最为接近，且两者的标准差相对较小，初步断定黄酮苷和萜类为肝经的模板分子，与肝经“印迹模板”匹配性最强。

本文对单归肝经植物药进行了归纳、总结和分析，得出肝经“印迹模板”与黄酮苷类和萜类最匹配的结论，对于指导肝经通用模板分子的寻找、肝靶向制剂的制备乃至肝经体外再现奠定一定的基础。后续工作可以考虑将各味中药各成分含量纳入计算，算出各中药归肝经程度，从归肝经程度最高的中药中寻找通用模板分子。再者建立归各经中药成分、分子连接性指数大数据库，找出各经通用模板分子，推进归经物质基础的研究。

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[责任编辑曹阳阳]

[收稿日期]20160810

[基金项目]国家自然科学基金项目（81270055，81573691）；湖南省自然科学基金项目（14JJ2110）；湖南省教育厅“十二五”药学重点学科项目；湖南省高层次卫生人才“225”工程骨干人才项目

[通信作者]*刘文龙，副教授，硕士生导师，主要从事中药质量、中药新剂型、新工艺、新技术的研究，Email：dragon5240@126com；*贺福元，教授，博士生导师，主要从事中药药理学、中药药剂学、中医药超分子与数理特征化研究，Tel：（0731）5381372，Email：pharmsharking@tomcom

[作者简介]范诗琪，硕士研究生，Email：fansqi7@163com