黄嘌呤氧化酶与痛风

黄嘌呤氧化酶与痛风

生理性疼痛是一种常见的原因导致异常的排尿。联合国在20世纪将其列为20个顽固的疾病之一。最新的流行病学研究表明,虽然中国人民生活水平不断提高,但饮食结构的不合理和生活节奏的加快,使痛风的发病率逐年上升,已高于世界平均水平。传统的抗痛风药物——促尿酸排泄药(如丙磺舒、苯溴马隆等)常伴随有皮疹、发热、肾脏损害等副作用。研究发现以黄嘌呤氧化酶(xanthineoxidase,XO)为作用靶点的抑制剂具有很好的抗痛风应用前景,本文就近几年黄嘌呤氧化酶的结构及其抑制剂的研究进展作一综述。1鼠和人之间的基酸序列同源性黄嘌呤氧化酶(XO)是一种黄素蛋白酶,存在于各种生物体中,可催化体内的嘌呤底物形成尿酸。黄嘌呤氧化酶的晶体结构已经被解析,它由1330个氨基酸构成,其氨基酸序列在鼠和人之间具有90%的同源性,它是由两个完全对称的结构单元(图1)构成。每一个结构单元为145ku,其催化中心包括一个钼蝶呤(molybdopterin,Mo-pt)中心、两个铁-硫中心(iron-sulfurcenters,Fe/SⅠ,Ⅱ)和一个黄素腺嘌呤二核苷酸(flavinadeninedinucleotide,FAD),其中钼蝶呤中心是黄嘌呤氧化酶催化黄嘌呤生成尿酸的关键位点。2黄系黄选择抑制剂的意义黄嘌呤氧化酶抑制剂作为抗痛风药物,主要是上世纪60年代上市的别嘌呤醇(1),虽然一直延用至今,但是它有很多副作用,应用后病人可有发热、过敏性皮疹、腹痛、腹泻、白细胞及血小板减少,甚至有肝功能损害等副作用。因此,研究新的黄嘌呤氧化酶抑制剂具有十分重要的意义。近几年的研究发现了一些活性很好的黄嘌呤氧化酶抑制剂,根据其结构将其分为嘌呤类似物、非嘌呤类似物和其他类。2.1如苏，嘌呤类似物是一类有活性的黄嘌呤氧化酶抑制剂,主要有鸟嘌呤、腺嘌呤、黄嘌呤和次黄嘌呤类似物,它们中的一些化合物活性好于别嘌呤醇。2.1.1黄嘌呤氧化酶抑制剂Sorbera等报道,9-苯基鸟嘌呤(2)和(3)的IC50值分别为0.41和0.25μmol·L-1(别嘌呤醇IC50=5.9μmol·L-1)。Sheu等研究发现8-氮腺嘌呤(4)是混合型的黄嘌呤氧化酶抑制剂(竞争性-非竞争性),其抑制XO的IC50值为0.54μmol·L-1。Yoshida等发现一系列化合物IC50值平均是别嘌呤醇1/10左右,其中活性最好的化合物8-(4-异丁氧基-3-硝基苯基)-2-羟基嘌呤(5)其IC50值为11.1nmol·L-1,并且其体内对黄嘌呤氧化酶的抑制率可达到50%,是目前发现活性最好的嘌呤类似物,研究发现在此类化合物中,疏水性的苯环取代对于活性的增加起到很重要的作用。2.1.2环境效益分析Naeff等报道8-芳基次黄嘌呤(6)和8-芳基黄嘌呤(7)具有抑制黄嘌呤氧化酶的活性,其活性优于化合物9-苯基鸟嘌呤。对嘌呤类的氮杂环系统进行构效关系研究发现,杂环上含一个合适的取代基(如苯基)对活性是有利的,其中苯基位置的不同也直接影响活性,如(8)和(9)的IC50值分别为0.06μmol·L-1和0.4μmol·L-1。用C-NO2取代次黄嘌呤7位的氮,得到化合物(10)的IC50值为0.4μmol·L-1。对黄嘌呤和次黄嘌呤类似物的研究结果表明,不仅苯环对活性的影响很重要,其在整个体系中取代的位置对活性也有一定的影响。2.2小分子及其取代基随着人们对黄嘌呤氧化酶抑制剂研究的不断深入,人们发现一系列活性好的非嘌呤类似物,其作用机制与嘌呤类似物不同。晶体结构研究表明,非嘌呤类似物通过占据酶的疏水空腔从而抑制了酶对底物的作用,如TEI-6720(11)为噻唑羧酸衍生物,由日本Teijin公司研制,IC50值为1.4nmol·L-1,比别嘌呤醇提高了3个数量级。该分子与酶的作用方式已得到证实(图2),小分子可占据酶的整个疏水口袋:其噻唑环上的甲基以非极性头进入酶的疏水口袋,为距离钼蝶呤中心最近的部分,约0.49nm;羧基是必需基团,与酶的氨基酸残基形成双重作用,为与酶结合最紧密的部位;而苯环和噻唑环之间的30°转角,利于与酶的结合;分子中其他基团通过氢键与酶相应的氨基酸残基产生作用。构效关系研究表明,苯环上4位和3位的氰基和异丁氧基取代对活性的提高能起到重要作用。目前该药已进入Ⅲ期临床研究阶段。Y-700(12)为Welfide公司研制的芳基吡唑衍生物,IC50值为4.3～6.5nmol·L-1。构效关系研究表明,吡唑环4位的游离羧基是活性必需基团,而苯环上3位和4位分别被氰基和异丁氧基取代,对活性的影响也是至关重要的。目前该药处于临床前研究阶段。KT-651(13)为Kotobuki公司研制的联苯类衍生物,其活性高于别嘌呤醇,IC50值为20nmol·L-1。目前已经进入临床前研究阶段,构效关系研究还不是很明确。对于以上非嘌呤类似物的研究表明,分子必须具有一定的空间大小才能占据酶的疏水口袋;其五元杂环上的羧基作为极性头进入疏水口袋是活性必需基团;苯环及其取代基在疏水口袋的末端起到稳定分子和疏水的作用。对于此类化合物的构效关系研究对研制活性好的非嘌呤类黄嘌呤氧化酶抑制剂起到很好的指导作用。2.3化合物的活性黄酮类化合物作为一类天然产物具有各种生理和药理活性,Cos等总结了其作为黄嘌呤氧化酶抑制剂的构效关系:黄烷酮、二氢黄酮和黄烷醇由于缺少C2-C3之间的双键而不具有抑制黄嘌呤氧化酶的活性;而黄酮(14)和黄酮醇则具有抑制黄嘌呤氧化酶的活性,其C5和C7位上的羟基与C2-C3之间的双键对于抑制酶的活性具有同样重要的意义。此类化合物的活性较别嘌呤醇稍差。Unno等从大花紫薇(Lagerstroemiaspeciosa)叶子中提取的VAD(15)和EA(16)具有抑制黄嘌呤氧化酶的活性,其中VAD的活性优于别嘌呤醇,其IC50值为2.5μmol·L-1。Nguyen等从越南的苏木(Caesalpiniasappan)中提取的一类化合物也具有抑制黄嘌呤氧化酶的活性,而且发现它们的抑制活性是浓度依赖的,其中活性最好的化合物(17)的IC50值为3.9μmol·L-1,动力学研究表明,大部分化合物可竞争性抑制黄嘌呤氧化酶,与别嘌呤醇抑制类型相同。Naito等从大鼠肝细胞中提取的BOF-4272(18)具有抑制黄嘌呤氧化酶的活性,它是一对光学异构体,其中右旋(R)的活性要好于左旋(S)。3黄系抗痛药物随着人们生活水平的提高,加之饮食结构的不合理,痛风已成为危害人类健康的一种顽症。但是目前临床上使用的抗痛风药物品种有限,而且副作用明显,因此研究高效低毒的抗痛风药物已经迫在眉睫。以黄嘌呤氧化