芦荟活性成分靶向幽门螺杆菌中性粒细胞激活蛋白(NAP)的计算机模拟研究及其抗溃疡潜力分析

《Scientific Reports》：In silico evaluation of the anti Helicobacter pylori activity of selected bioactive compounds from Aloe vera

本研究针对幽门螺杆菌(Helicobacter pylori)抗生素耐药性问题，通过计算机模拟方法评估了芦荟(Aloe vera)中四种生物活性成分（芦荟素、芦荟大黄素、大黄酸、七叶亭）对幽门螺杆菌关键毒力因子中性粒细胞激活蛋白(NAP)的抑制作用。研究显示这些化合物与NAP的结合亲和力(-7.4至-6.3 kcal/mol)显著优于对照配体(-4.3 kcal/mol)，其中芦荟素表现最佳。分子动力学模拟证实复合物稳定性良好(RMSD≤4?)，ADMET预测显示良好的药代动力学特性。该研究为开发新型抗幽门螺杆菌药物提供了有前景的天然候选化合物。

　　

在全球范围内，幽门螺杆菌(Helicobacter pylori)感染影响着约半数人口，这种革兰氏阴性细菌能够在胃部强酸性环境中存活，是导致消化性溃疡的主要病原体。随着抗生素耐药性的日益严重，传统三联疗法和铋剂四联疗法的成功率不断下降，寻找新型治疗策略迫在眉睫。幽门螺杆菌中性粒细胞激活蛋白(Neutrophil-Activating Protein, NAP)作为关键毒力因子，通过激活中性粒细胞产生活性氧物种(ROS)和促进炎症反应，在胃黏膜损伤和溃疡形成中发挥核心作用，因此成为抗幽门螺杆菌药物开发的理想靶点。

在这项发表于《Scientific Reports》的研究中，研究人员探索了芦荟(Aloe vera)中四种具有已知生物活性的化合物——七叶亭(esculetin)、芦荟大黄素(aloe-emodin)、大黄酸(chrysophanic acid)和芦荟素(aloesin)的抗幽门螺杆菌潜力。这些化合物因其多样的功能基团（羟基、羰基等）而被选中，可能增强其与靶蛋白NAP的相互作用能力，从而干扰其促炎活性。

研究采用计算机模拟方法，包括分子对接、300纳秒分子动力学模拟、ADMET（吸收、分布、代谢、排泄和毒性）性质预测以及密度泛函理论(Density Functional Theory, DFT)计算。目标蛋白NAP的结构来自蛋白质数据库(PDB ID: 1JI4)，配体结构通过ChemDraw绘制并能量最小化。

分子对接和模拟动力学分析

分子对接结果显示，芦荟素具有最高的结合亲和力(-7.4 kcal/mol)，其次为芦荟大黄素和大黄酸(-6.4 kcal/mol)以及七叶亭(-6.3 kcal/mol)，均优于对照配体(-4.3 kcal/mol)。关键相互作用涉及Ser135、Glu46和Tyr99等氨基酸残基，这些残基对结合稳定性至关重要。芦荟素与五个残基(Met138、Gln128、Ile43、Lys134和Ser135)形成相互作用，而七叶亭与四个残基(Gln128、Met50、Tyr99和Ser135)相互作用，其中Ser135参与所有配体的结合。

分子动力学模拟证实了复合物的稳定性，RMSD值均≤4?。芦荟素与大黄酸形成的复合物最为稳定。RMSF（均方根波动）分析显示在残基30、80/85和140处存在波动，这些区域与NAP的结构和功能活性相关。接触分析强调了水桥和氢键在稳定复合物中的重要性。

基于对接分数和RMSD值的配体排名显示，大黄酸和七叶亭结合亲和力强且动态稳定性高，是最佳先导化合物。配体性质分析（RMSD、回转半径rGyr、分子表面积MolSA、溶剂可及表面积SASA和极性表面积PSA）表明配体结构紧凑且稳定，有利于有效结合。

ADMET性质预测

ADMET分析显示所有配体均符合Lipinski五规则，具有较好的口服生物利用度潜力。七叶亭的肠道吸收率最高(86.291%)，大黄酸的人类肠道吸收率达96.558%。代谢预测表明芦荟大黄素和大黄酸可能抑制多种细胞色素P450酶（CYP1A2、CYP2D6等），而七叶亭和芦荟素的药物相互作用风险较低。毒性预测显示芦荟大黄素和大黄酸具有Ames致突变性，芦荟素可能具有肝毒性。

密度泛函理论分析

DFT计算评估了配体的化学反应性，七叶亭的能隙最小(0.0839 eV)，表明其具有最高的反应性。高亲电性指数(ω=0.472791 eV)显示其接受电子的能力强，有利于生物相互作用。

本研究通过综合计算机模拟方法证实了芦荟中四种生物活性成分对幽门螺杆菌NAP蛋白的抑制潜力。分子对接显示这些化合物与NAP具有高结合亲和力，关键相互作用涉及Ser135、Glu46和Tyr99等残基。分子动力学模拟证实了复合物的稳定性，RMSD值在可接受范围内(≤4?)。配体排名表明大黄酸和七叶亭兼具强结合亲和力和高动态稳定性，是最有前景的先导化合物。ADMET预测显示多数化合物具有较好的药代动力学特性，DFT分析揭示了其电子性质和反应活性。

这些发现表明芦荟来源的化合物，特别是芦荟素、大黄酸和七叶亭，有望成为抗幽门螺杆菌治疗的新候选药物。它们通过靶向NAP这一关键毒力因子，可能减少幽门螺杆菌介导的炎症反应和胃黏膜损伤，为克服抗生素耐药性提供替代治疗方案。然而，仍需体外和体内实验进一步验证其治疗潜力，为开发新型抗溃疡药物奠定基础。