白细胞弹性蛋白酶抑制剂

文章编号: 1000-1336(2011)02-0238-06白细胞弹性蛋白酶抑制剂胡显腾　宋 歌　孔令超　刘小宇第二军医大学生物化学与分子生物学教研室，上海 200433摘要：人白细胞弹性蛋白酶广泛参与体内的组织损伤反应，与炎症反应、自身免疫、肿瘤形成和转移等有密切关系。

目前人白细胞弹性蛋白酶抑制剂已成为新药开发的热点，具有很高的应用价值，其中西维来司钠已经成功进入市场。

本文对近几年发现的人白细胞弹性蛋白酶抑制剂的结构及其作用进行综述。

关键词：人白细胞弹性蛋白酶；抑制剂；西维来司钠中图分类号：Q71；Q74收稿日期：2010-07-12第二军医大学大学生创新能力培养计划基金项目(MS2009029)资助作者简介：胡显腾(1987-)，男，本科生，E-mail: thefalling snow@ ；宋歌(1988-)，男，本科生，E-mail ：sganthem @ ；孔令超(1988-)，男，本科生，E-mail ：790215986@ ；刘小宇(1971-)，女，硕士，副教授，通讯作者，E-mail ：liuxiaoyu8888@人白细胞弹性蛋白酶(human leukocyte elastase, HLE)，是多形核白细胞(polymorphonuclear leukocyte, PMNL)因受炎症刺激而释放出的一种破坏性丝氨酸蛋白酶[1]，其功能酶包含218个氨基酸残基，构成两个β-桶状(β-barrel)结构域，由4个二硫键维持稳定[2]，定位于多形核白细胞嗜苯胺蓝颗粒中，可以水解纤连蛋白、胶原、软骨等组织连接成分[3]。

细胞因子、内毒素、血小板活化因子(platelet-activating factor, PAF)和甲酰甲硫氨酰亮氨酰苯丙氨酸(N-formyl-methionyl-leucylphenylalanine, fMLP)可激活HLE 的释放[4]，同时，HLE 的作用也受某些内源性抑制因子，如α1蛋白酶抑制剂、α2-巨球蛋白和HLE 抑制因子的调控[5]。

弹性蛋白酶与其生理性抑制剂之间的平衡被破坏，可导致严重的组织损伤，并与多种疾病，如肺气肿、慢性阻塞性肺病、急性肺损伤、囊性纤维病、癌症、动脉粥样硬化、脓血症、胰腺炎和类风湿关节炎等的发生和发展有密切的联系[6,7]。

因此，弹性蛋白酶抑制剂具有潜在的治疗上述疾病的价值。

在我国爆发严重急性呼吸综合征(severe acute respiratory syndrome, SARS)期间，西维来司钠(sivelestat sodium hydrate)作为一种选择性中性粒细胞弹性蛋白酶抑制剂，成为第一种被国家食品药品监督管理局(SFDA)批准进入临床试验的抗非典药物[8]。

鉴于SARS 的严重性及西维来司钠的成功，近些年来，世界各国又开始了新一轮的寻找新型HLE 抑制剂的研究，以对抗HLE 过度释放所造成的组织损害。

目前报道的HLE 抑制剂主要是从动植物、微生物中分离得到以及通过化学合成的方法得到。

本文就HLE 抑制剂的研究进展综述如下。

1. 小分子抑制剂1.1 F01-221AF01-221A 是从来源于云南、新疆等地土壤中的真菌菌株中分离得到的单体化合物。

F01-221A 为白色粉末，易溶于甲醇、乙腈、丙酮、氯仿。

ESI-MS 的测定结果显示该化合物的相对分子质量为373。

经结构鉴定发现其化学结构与已知化合物伊快霉素(eq-uisetin)相同，化学结构见图1。

其对HLE 的抑制作用呈现出剂量依赖型，IC 50值为22.1 µM [9] 。

图1　F01-221A 的化学结构式[9]1.2 大黄素甲醚F02ZA-2554A是从微生物菌种库菌株的次生代谢产物中分离得到的一种化合物，经结构鉴定，确定该化合物为蒽醌类的大黄素甲醚，化学结构见图2。

其对HLE的抑制作用也呈剂量依赖性，IC50为32.4 µM，具有中等的抑制活性[10]。

1.3 NO1WA-735ENO1WA-735E是从来源于云南土壤中的放线菌菌株代谢产物中分离得到的单体化合物，该化合物为淡黄色结晶，分子式为C34H34O14S，其化学结构(图3)与已报道的化合物BE-52440A相同[11]。

通过HLE抑制模型筛选，该化合物显示出较强的抑制活性，IC50值为11.5 µM[1]。

目前该化合物已能通过全合成的方式进行大量生产[12]。

1.4 PL3SPL3S[16-hydroxycleroda-3,13(14)E-dien-15-oic acid]是一种克罗烷二萜类化合物，分离自formosan Polyalthia longifolia var. pendula，其结构式见图4。

Chang等[13]的实验结果表明PL3S可抑制由fMLP(N-formyl-methionyl-leucylphenylalanine)或细胞松弛素B 介导中性粒细胞释放的HLE，且具有一定的浓度依赖性，其IC50值为(3.30 ± 0.48) µM。

1.5 鼠尾草酸和鼠尾草酚鼠尾草酸(carnosic acid, CA)和鼠尾草酚(carnosol, CS)属于酚二萜类，存在于唇形科植物如迷迭香属和欧鼠尾草类植物中，其化学结构式见图5和图6。

Po-eckel等[14]研究表明，CA和CS能够有效抑制HLE的分泌，其抑制作用呈现浓度依赖性，CS的作用效果强于CA，CA的IC50为 15 µM~20 µM，CS的IC50为7 µM。

二者的作用机理可能与其抑制fMLP从而减少PMNL 释放HLE有关。

其在体内抗炎效果还有待进一步的实验进行验证。

1.6 环烯醚萜苷类化合物白花蛇舌草(Hedyotis diffusa)是一年生草本植物，生长于亚洲东北部，是东方医学中治疗肝炎、扁桃体炎等疾病的药物。

Xu等[3]从中分离得到五种环烯醚萜苷类化合物，分别是反式-6-氧-对甲氧基肉桂酰基鸡屎藤苷甲酯(E-6-O-p-methoxycinnamoyl scan-图2　F02ZA-2554A的化学结构式[10]图3　NO1WA-735E的化学结构式[1]图4　PL3S的化学结构式[13]图5　CA的化学结构式[14]doside methyl ester)(1)、顺式-6-氧-对甲氧基肉桂酰鸡屎藤苷甲酯(Z-6-O-p-methoxycinnamoyl scandoside methyl ester)(2)、反-6-氧-阿魏酸鸡屎藤苷甲酯(E-6-O-p-feruloyl scandoside methyl ester)(3)、反-6-氧-对-香豆素鸡屎藤苷甲酯(E-6-O-p-coumaroyl scandoside methyl ester)(4)和顺-6-氧-对-香豆素鸡屎藤苷甲酯(Z-6-O-p-coumaroyl scandoside methyl ester)(5)，化学结构式见图7和图8。

五种化合物都具有一定的抑制HLE 的能力，其中化合物(1)具有较强抑制活性，IC 50 值为18.0 µM ，其余四种化合物的IC 50值均大于100 µM 。

分子结构模型分析表明，化合物(1)与HLE 之间的相互作用主要通过与HLE 的Cys42、His57、Ser195和 Arg177之间的氢键以及与其Leu99B ，Phe215和Val216之间的范德华力发挥作用(图9)。

五种化合物的构效分析表明，化合物(1)苯环上的对位甲氧基与HLE 的Arg177侧链氮原子所构成的氢键，可能在化合物(1)与HLE 结合过程中发挥着重要作用。

1.7 3, 4, 5-三羟基冰片基肉桂酸酯3,4,5-冰片基咖啡酸是首先从Verbesina turbacen-sis Kunth 分离出冰片基咖啡酸，然后通过配体对接和MMPBSA 计算后所优化合成的一种化合物(化学结构式见图10)。

实验结果表明3, 4, 5-三羟基冰片基肉桂酸酯对HLE抑制作用的IC 50值为0.54 µM，其作用效果图6　CS的化学结构式[14]图7　反式鸡屎藤苷甲酯衍生物的结构式[3]图8　顺式鸡屎藤苷甲酯衍生物的结构式[3]图9　HLE 与化合物(1)相互作用模式[3]强于冰片基咖啡酸(IC50=1.56 µM)。

值得注意的是，3, 4, 5-三羟基冰片基肉桂酸酯没有邻苯二酚基，但存在邻二羟基官能基团，而邻二羟基被认为是与HLE结合的特征性结构。

根据以上结果，Steinbrecher等[2]认为，分子结构中具有较多游离羟基可提高化合物与HLE的亲和力。

1.8 AE-3763AE-3763也是通过结构预测后优化合成的一种化合物。

Inoue等[5]发现，氨基末端具有苯环和酰胺键的肽类抑制剂对HLE有更强的抑制活性，但此类化合物的水溶性较差。

研究者将母体化合物氨基末端的芳香环用不同的脂肪族杂环进行替换，然后根据这些脂肪族杂环具有5元或6元环酰胺亲水性基团的特性，再通过对亲水性和亲和力大小的优化，筛选到一个具有高亲水性的HLE抑制剂 AE-3763(化学结构式见图11)，其对HLE抑制作用的IC50值为29 nM。

AE-3763在脂多糖(LPS)介导的肺损伤和D-氨基半乳糖介导的休克动物模型中均有显著抗HLE作用，且具有剂量小的优点。

1.9 半合成低分子量硫酸化肝素肝素是糖胺聚糖家族中的一员，低分子量肝素广泛用于临床抗凝血。

研究发现，肝素和其它糖胺聚糖家族成员既可以直接与HLE结合抑制其活性，也可以通过活化内源性HLE抑制剂而发挥其抑制作用[15]。

Sissi等[16]将单一的低分子量超硫酸化的肝素去硫酸化，研究肝素与HLE和组织蛋白酶G(CatG)的相互连接作用。

实验结果表明肝素可与HLE或CatG结合并表现出一种非竞争性抑制作用，但与肝素硫酸化程度无关。

作者认为，在肝素的作用机理上，还有几个问题有待研究，比如，糖链上硫酸基的位置、糖链的构象、整个分子的流动性、非电荷的相互作用等。

1.10 西维来司钠西维来司钠是由日本小野制药公司开发的一种特异性的合成低分子HLE抑制剂(图12)，用于治疗伴有全身性炎症反应综合征(SIRS)的急性肺损伤，其相对分子质量为528.51，HLE的抑制常数(K i)值为46 nM，IC50值为22.8 µM。

西维来司钠通过竞争性抑制HLE的作用，可减少炎症介质的产生，保护中性粒细胞的细胞骨架和可变形性[17]。

Sakashita等[18]的小鼠过度通气肺损伤实验提示西维来司钠可抑制多种细胞因子，减弱中性粒细胞的趋化性和粘附性，从而减弱HLE对细胞的损伤作用；Nakano等[19]发现在小鼠肝缺血再灌注实验中西维来司钠可阻碍白细胞活化和积聚，HLE释放减少，减轻缺血再灌注损伤。