基于深度学习模型验证薯蓣皂苷与夏塔草苷IV组合缓解更年期症状的协同效应及分子机制

本研究针对激素替代疗法(HRT)的安全性问题，通过深度学习模型预测薯蓣皂苷(Protodioscin)与夏塔草苷IV(Shatavarin-IV)的Loewe相加性评分，结合分子对接和ADME分析，证实两种植物雌激素对神经激肽B(NKB)、吻素(Kisspeptin)等关键靶点具有协同作用，为开发非激素类更年期症状治疗方案提供新策略。

　　

随着全球人口老龄化加剧，更年期女性的健康管理已成为重大公共卫生议题。据统计，超过80%的围绝经期女性会经历不同程度的更年期症状，包括令人困扰的潮热盗汗、睡眠障碍、情绪波动等血管舒缩症状。传统的激素替代疗法虽能有效缓解症状，但长期使用会增加乳腺癌、心血管疾病等风险，这促使科研人员积极寻找更安全的非激素替代方案。

在传统医学中，含植物雌激素的药用植物备受关注。来自葫芦巴(Trigonella foenum-graecum)的薯蓣皂苷(Protodioscin)和来自芦笋(Asparagus racemosus)的夏塔草苷IV(Shatavarin-IV)作为两种重要的甾体皂苷，已被证明具有雌激素样活性。前期动物实验表明，这两种化合物的组合能显著恢复去势大鼠的血清雌二醇、孕酮等激素水平，并降低与潮热相关的神经肽表达。然而，它们之间的协同效应机制及其对人体关键靶点的作用方式尚不明确。

为了解答这些问题，来自韦洛尔理工学院金奈分校的研究团队在《Talanta Open》上发表了创新性研究，通过整合深度学习、分子对接和药代动力学分析等计算方法，系统评估了这两种植物雌激素的协同效应及分子机制。

研究人员主要采用四大技术方法：一是基于DrugComb数据库构建深度学习模型预测药物相加性，使用ECFP6分子指纹和卷积神经网络(CNN)架构；二是通过PyRx和ChimeraX进行分子对接模拟，分析配体与5种关键神经调节蛋白的结合亲和力；三是采用ADMETlab 2.0和SwissADME进行ADME(吸收、分布、代谢、排泄)特性预测；四是利用四参数逻辑方程进行剂量反应曲线模拟，浓度范围覆盖0.01-100 μM。所有分析均针对MCF7和786-O细胞系数据集进行训练和验证。

2.2.1. 药物相加性预测

研究团队开发了前馈神经网络(FFNN)模型，包含4个隐藏层(1024、512、256和128个神经元)。在MCF7细胞系数据集上，该模型在500训练周期时表现出优异性能：均方误差(MSE)为0.7558，确定系数(R²)达0.9954，预测相加性评分为0.4862。在786-O细胞系数据集上同样表现良好(R²=0.9922)。分类模型结果显示，对所有三类相互作用(协同、相加、拮抗)的精确度、召回率和F1分数均接近1.0，表明模型能准确区分不同类型的药物相互作用。预测结果表明薯蓣皂苷和夏塔草苷IV组合具有明显的相加效应。

2.2.2. ADME分析

药代动力学特性分析揭示了两种化合物的良好药物相似性。薯蓣皂苷显示58.62%的血浆蛋白结合率(PPB)，人体肠道吸收(HIA)概率达0.999，但血脑屏障(BBB)穿透概率较低(0.046)，这有利于其针对外周靶点发挥作用。夏塔草苷IV的PPB为53.54%，HIA概率为0.984。两种化合物均显示与细胞色素P450(CYP)酶系的相互作用可忽略不计，表明药物-药物相互作用风险较低。清除率数据表明两者在体内保留时间较长，有利于维持治疗效果。

2.2.3. 结合亲和力预测

分子对接结果显示，两种化合物与所有五种神经调节靶点均具有良好的结合亲和力。特别值得注意的是，夏塔草苷IV与神经激肽B(Neurokinin-B)的结合亲和力达-10.2 kcal/mol，与促性腺激素释放激素(GnRH)的结合亲和力为-8.8 kcal/mol，均优于薯蓣皂苷的相应值(-9.7和-6.3 kcal/mol)。对吻素(Kisspeptin)、瞬时受体电位香草素1(TRPV1)和c-FOS蛋白的结合也显示相似趋势，表明夏塔草苷IV在调节这些关键通路方面可能更具潜力。

3.1. 特异性结合位点预测

使用FPocket和PyMol进行的结合口袋分析揭示了靶蛋白的结构特征。神经激肽B结合位点包含90个α球，体积为901.634 ?3，溶剂可及表面积(SASA)为53.712 ?2，表明这是一个较深且部分封闭的口袋。TRPV1的结合位点最为宽敞(1163.033 ?3，388.083 ?2 SASA)，可容纳较大或较灵活的配体。c-FOS的结合位点最小(134.599 ?3)，可能更适合小分子配体结合。

3.3.1. 剂量反应曲线动力学研究

基于结合自由能推导出的半数抑制浓度(IC₅₀)值显示，夏塔草苷IV对神经激肽B和吻素的抑制活性更强(IC₅₀分别为0.066 μM和0.256 μM)，而薯蓣皂苷的相应值为0.154 μM和0.702 μM。对TRPV1和c-FOS的抑制活性相对较弱，但仍处于可接受的药理活性范围内。四参数逻辑方程模拟的剂量反应曲线和3D热图直观展示了两种化合物单独及联合使用时的抑制效果，证实了它们在较宽浓度范围内的协同作用。

本研究通过综合计算方法证实，薯蓣皂苷和夏塔草苷IV组合通过调节多种神经肽通路发挥协同效应，有望成为缓解更年期症状的安全有效方案。这两种植物雌激素与神经激肽B、吻素、TRPV1、c-FOS和GnRH等关键靶点表现出强结合亲和力，且具有良好的药代动力学特性和可接受的毒性 profile。特别值得注意的是，夏塔草苷IV在大多数靶点上显示更强的结合能力，表明它可能在联合疗法中发挥主导作用。

研究结果不仅为这两种植物雌激素的协同作用提供了分子层面的解释，也为开发非激素类更年期治疗方案奠定了理论基础。这种计算驱动的研究方法显著降低了药物开发成本和时间，为未来植物药剂的临床转化研究提供了新范式。进一步的研究应聚焦于这些发现的实验验证和临床转化，为全球更年期女性提供更安全、有效的治疗选择。