1、 醛糖還原酶抑制劑的作用原理和應(yīng)用 盛凱麗 （浙江工業(yè)大學(xué)藥學(xué)院生物制藥1001班 2） 摘要：糖尿病慢性并發(fā)癥的發(fā)生和惡化與糖代謝多元醇通路異常有關(guān)，醛糖還原酶是此多元醇通路中的關(guān)鍵限速酶。因此，醛糖還原酶抑制劑成為公認的預(yù)防、改善和治療糖尿病并發(fā)癥的有效對策。一醛糖還原酶抑制劑及其作用： 它是抑制醛糖還原酶（EC1,1,1,21）活性的化合物。（醛糖還原酶是哺乳動物體內(nèi)催化葡萄糖向山梨醇的轉(zhuǎn)化的一種酶，這個過程是糖尿病并發(fā)癥如白內(nèi)障和神經(jīng)疾病的主要起因。 ）醛糖還原酶抑制劑可有效抑制糖尿病病人許多器官中山梨醇含量的異常升高，因此這類抑制劑，如Thiazocin A和B等可作為糖尿病并發(fā)癥的

2、防治藥。二醛糖還原酶(ALR2)與糖尿病并發(fā)癥 葡萄糖代謝的PP由ALR2與山梨醇脫氫酶(sorbitol dehydrogenase,SDH)共同調(diào)控,此通路不依賴胰島素。其中ALR2以還原型輔酶(NADPH)為輔酶,是 PP的關(guān)鍵限速酶,可催化葡萄糖還原為山梨醇,山梨醇再在 SDH的作用下,以氧化型輔酶(NAD+)為輔酶,進一步氧化為果糖。在正常情況下, ALR2與葡萄糖的親和力較低 (Km 100mmol/L), ALR2并不被激活，葡萄糖轉(zhuǎn)化為山梨醇很少；而在糖尿病所致的高血糖狀態(tài)下, 催化葡萄糖轉(zhuǎn)化為6-磷酸葡萄糖的己糖激酶飽和，細胞內(nèi)高濃度的葡萄糖通過化學(xué)修飾ALR2和誘導(dǎo)ALR2

3、 mRNA的表達,使ALR2激活,導(dǎo)致山梨醇大量產(chǎn)生;山梨醇的增多使得果糖也隨之增多,果糖的聚集繼而抑制 SDH的活性,使山梨醇分解減少。以上兩方面的作用使山梨醇在組織中大量堆積,它作為一種極性很強的化合物,不能自由出入細胞,造成細胞內(nèi)的高滲狀態(tài),從而造成細胞的滲透性水腫, 同時細胞內(nèi)山梨醇大量蓄積也可使Na+、K+-ATP酶活性下降，細胞中肌醇流失，從而導(dǎo)致細胞代謝與功能的損害，進而出現(xiàn)糖尿病并發(fā)癥等器官病變。 三.各類醛糖還原酶抑制劑的作用機理1. 海因類 1978年,輝瑞公司(Pfizer)開發(fā)出第一個在體內(nèi)外均具有較高活性的海因類ARIs索比尼爾(sorbinil),此后一些活性更強的

4、同系物也陸續(xù)被合成。不幸的是,索比尼爾由于被發(fā)現(xiàn)了引起嚴重的過敏反應(yīng)而被迫終止臨床試驗。索比尼爾的衍生物如甲索比尼爾，非達司他(fidarestat)和米那司他(minalrestar)等，其中非達司他活性比索比尼爾強10倍,可恢復(fù)糖尿病神經(jīng)病變患者的紅細胞山梨醇含量，連續(xù)口服1年，無明顯不良反應(yīng)。試驗表明,非達司他可以抑制糖尿病大鼠腎臟和高血糖患者腎小球膜細胞硝硫氰酯和多聚核苷酸聚酶活性，從而減緩或逆轉(zhuǎn)糖尿病腎病進展,而且非達司他幾無明顯皮疹、粒細胞減少和肝毒性等毒副作用,近期已成功通過三期臨床試驗，在藥物開發(fā)當中，這有可能為基于ARIs的糖尿病并發(fā)癥藥物創(chuàng)制提供強有力的支持?；衔飏ani

5、restat(AS-3201) 是和米那司他類似的酰亞胺，包含一個琥珀酰亞胺環(huán)，在生理pH水平，該環(huán)是開放的，該化合物屬于R異構(gòu)體，相比于S同分異構(gòu)體親和力更強，連接更緊密，而且不易水解，作用持續(xù)時間更長。被期待用于廣泛糖尿病并發(fā)癥如神經(jīng)疾病、白內(nèi)障、視網(wǎng)膜及腎疾病的治療，目前處于三期臨床試驗中。 海因類ARIS構(gòu)效關(guān)系研究表明(以fidarestat為例),其結(jié)構(gòu)中的苯并二氫毗 喃環(huán)可與ALR2多肽鏈上的氨基酸殘基Trp20、Trp111、Phe122和Trp219形成疏水鍵,同時1- 位O通過水分子與Ala299和Leu300主鏈上的N形成間接氫鍵。螺乙內(nèi)酞脈環(huán)上的兩個羰基通過親水作用與酶

6、形成氫鍵,2-位羰基與Tyr48的O形成一氫鍵,5-位羰基與Trp111的N形成另一氫鍵。1位的N與His110的N也適合形成一個氫鍵,同時氨甲?；系腛可與ALR2主鏈Leu300的N形成氫鍵,這是fidarestat具有較強親和力的原因。Fidarestat與ALR2主要氨基酸殘基作用情況見圖1。圖1 fidarestat與ALR2活性位點的主要氨基酸殘基相互作用示意圖2. 羧酸類 在海因類ARIs研究的基礎(chǔ)上,人們合成了一系列帶有環(huán)狀羥基乙酸結(jié)構(gòu)和色原環(huán)骨架的化合物。該類化合物在體內(nèi)外對ALR2 有較強的抑制活性,而且沒有索比尼爾類似的過敏反應(yīng),其代表性化合物有依帕司他(epalrest

7、at)、托瑞司他(tolrestat)、苯并噻嗪乙酸衍生物(SG-210)9和唑泊司他(zopolrestat) 。epalrestat已經(jīng)通過三期臨床試驗, 20世紀90年代在日本和歐洲上市，但至今仍沒有獲得美國FDA的許可。依帕司他可以有效預(yù)防并且改善糖尿病并發(fā)的末梢神經(jīng)障礙、震動感覺異常和心搏異常等癥狀，其滲透性和生物利用度都相當高，輕微的副作用發(fā)生率很低。托瑞司他在1989 年曾以Alredase 為商品名在愛爾蘭上市, 用于治療糖尿病繼發(fā)的周圍感覺性神經(jīng)疾病。但在后續(xù)的治療糖尿病并發(fā)的神經(jīng)病變的大規(guī)模隨機雙盲臨床試驗中, 托瑞司他因未能表現(xiàn)出足夠的療效, 未能通過FDA。苯并噻嗪乙酸

8、衍生物(SG-210)對于部分提純的ALR2，有非常高的活性,吸收快、半衰期長、生物利用度高等許多優(yōu)點,使其成為一種很有前途ARIs，目前正在進一步研究中。羧酸類ARIs與海因類ARIs相比，體外活性相近，體內(nèi)差別很大，由于pKa值低，在生理pH條件下以負離子形式存在，不易穿過細胞膜，生物利用度小，所以臨床劑量較大，由此會產(chǎn)生毒性作用22。 羧酸類構(gòu)效關(guān)系研究表明, 羧基是此類化合物具有抑制活性的必需官能團,電負性的羧基通過離子鍵與輔酶電正性的煙酰胺環(huán)相互作用,并通過氫鍵與酶的殘基Trp48、His110和Trp111 側(cè)鏈相互作用,嵌人酶陰離子結(jié)合位點中。Tolrestat與ALR2主要氨基

9、酸殘基作用情況見圖226。圖2 tolrestat與ALR2活性位點的主要氨基酸殘基相互作用示意圖3. 雜環(huán)類 1990年，Ellingboe等報道合成了N或O上接乙酸基團的嘧啶基衍生物，如6-氧嘧啶-N-乙酸和嘧啶基-4-O-乙酸體內(nèi)外均顯示有較高的活性。2005年，Da Settimo等新合成了一系列萘并異噻唑醋酸衍生物，這些衍生物顯示出相當強的抑制作用。最新開發(fā)的N-雜環(huán)化合物pyrido1,2-apyrimidine及其衍生物表現(xiàn)出了良好的醛糖還原酶抑制活性，而且是該類化合物對ARL2具有優(yōu)異的選擇性抑制，而對ARL1的抑制活性不強，pyrido1,2-apyrimidine衍生物的前

10、景尚有待于體內(nèi)試驗等的進一步研究觀察。 4. 黃酮類 目前為止,黃酮類化合物是從中藥中得到數(shù)量最多的ARIs,槲皮素(quercetin)、異槲皮素(isoquercetin)、異甘草素(isoliquiritigenin)是公認的ARIs。黃酮類可有效抗炎、清除羥基、超氧負離子和脂過氧基等。研究較多的黃酮類化合物之一是槲皮素，它可減少晶狀體山梨醇聚積，延緩糖尿病并發(fā)癥的發(fā)生，還具有降糖作用，且能抑制糖尿病患者的氧化應(yīng)激狀態(tài)。 研究表明,查爾酮類化合物采用與羧酸類化合物相類似的方式與結(jié)合,天然產(chǎn)物isoliquiritigenin與ALR2主要氨基酸殘基作用情況見圖3。圖3 isoliquir

11、itigenin與ALR2活性位點的主要氨基酸殘基相互作用示意圖此外，研究發(fā)現(xiàn)，從中藥中提取的松香烷類二萜、單萜糖苷及三萜等萜類化合物和黃連素、小檗堿甚至維生素C等在體外試驗都表現(xiàn)出較強的的活性,但目前尚缺乏進一步的體內(nèi)和臨床試驗。四該抑制劑目前狀況與展望 目前開發(fā)的ARLs，盡管開發(fā)和研究出來的的品種比較多，但沒有一種能通過 FDA，在全球范圍內(nèi)上市。原因有很多，有些ARLs選擇性不高，在抑制ALR2的同時還對醛還原酶（aldehyde reductase，ALR1）有很大的抑制作用，而后者是一種與醛糖還原酶（ARL2）在同源性上最接近的酶，其功能主要是清除體內(nèi)的醛類等有害物質(zhì)，醛糖還原酶抑制劑若同時對醛還原酶（ARL1）有較強抑制時，則意味著毒副作用的發(fā)生。因此新型、高效，高選擇性ARLs已經(jīng)成為糖尿病并發(fā)癥治療研究的熱點。 目前上市使用的ARIs只有依帕司他。合成類ARIs的最大問題就是毒副作用，多種ARIs外試驗活性很好，對動