以黄嘌呤氧化酶为靶点的新型非嘌呤类抗痛风及高尿酸血症药物研究进展

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物具有很强的抗黄嘌呤氧化酶作用及降尿酸作用。 苯基杂环羧酸衍生物结构中含有一个芳环（ A ） 和一 个羧基取代的单环杂芳基（ B ） 。通常， 苯环（ A ） 的对 位可被取代并且含有氰基； B 环上可以被低级烷烃、 B 环除了为非布索坦结构中的噻 羟基及卤素取代， ［ 14 ］ ［ 15 － 16 ］ ， 、 唑环以外 还可以是吡唑环 、 异唑环 异噻
［1 － 2 ］
控制尿酸水平是预防和治疗痛风的关键。目 ， 镇痛等对症治疗 前 对高尿酸血症的治疗除抗炎、 ， 外 通过药物降低血尿酸浓度是预防痛风发生的有 效方法。这类药物包括促尿酸排泄药物和靶向黄 XO ） 的尿酸生成抑 嘌呤氧化酶 （ xanthine oxidase， 1 ） 和苯 制剂。促尿酸排泄药以丙磺舒（ probenecid， ［ 3 －4 ］ 2 ） 为代表 。黄嘌呤氧 溴马隆（ benzbromarone， 化酶是高尿酸血症或痛风发生与发展的关键酶， 由 疗效显著等优点， 倍受关 于其具有作用机制明确、 临床上最常使用的 注。自 20 世纪 60 年代以来， XO 抑制剂是别嘌醇 （ allopurinol， 3 ） 。最近， 帝人 （ Teijin） 公司开发的另一个 XO 抑制剂非布索坦（ febuxostat， TMX67， TEI6720， 4 ） 已经上市， 并显示出 ［ 4 ］ 极好的治疗效果 ， 掀起了非嘌呤类 XO 抑制剂研 。研发新型非嘌呤类 XO 抑制剂在 高尿酸血症及痛风防治方面具有良好的应用前景。 究的新热潮
收稿日期： 2012 － 05 － 29 30873133 ） ； 重大国际合作项目（ 30910103908 ） ； 教育部博士点基金项目 基金项目： 国家自然科学基金项目（ 81102320， （ 20110131130005， 20110131120037） ； 中国博士后科学基金（ 面上项目： 20100481282、 特别项目： 2012T50584） ； 山东 省博士后创新项目专项资金项目（ 201002023） ； 山东大学自主创新基金项目（ 2010GN044） Tel： 13793130595， 作者简介： 展鹏（ 1982 － ） ， 男（ 汉族） ， 山东济南人， 博士， 讲师， 从事基于靶标结构的创新药物研究， Email： zhanpeng1982@ sdu． edu． cn； * 通讯作者： 刘新泳（ 1963 － ） ， 男（ 汉族） ， 山东青岛人， 博士， 教授， 博士 Tel： （ 0531 ） 88380270， Fax ： （ 0531 ） 生导师， 从事抗病毒药物、 抗心脑血管疾病药物的设计、 合成与活性研究， 88382548， Email： xinyongl@ sdu. edu. cn。
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除了上述结构骨架的演变， 为了改善非布索 坦的稳定性、 半衰期、 血药浓度和生物利用度， 游 书力 等 合成了氘代的非布索坦衍生物 YL001A （ 37 ） 和 YL002A （ 38 ） ， 氘原子和氢原子 且碳氘 （ C — D ） 键 在 体积大小上有细微的变化 ，
Figure 1
（ a） Interaction of TEI6720 （ febuxostat） with residues lining the access channel to Mopterin； （ b） Electron density representing TEI6720 bound to bovine XDH
尿酸是人嘌呤代谢的产物， 由于尿酸在体液 ， 中溶解度有限 当体内嘌呤代谢紊乱或摄入嘌呤 过多导致体内嘌呤含量过高， 产生尿酸过多 / 或者 尿酸排泄减少， 体液中蓄积的尿酸浓度超过其饱 和浓度时， 易在组织中析出结晶， 引发高尿酸血症 （ hyperuricemia） ， 约有 5% ～ 12% 的 高 尿 酸 血 症 患者最终发展为痛风 （ gout ）
［13 ， 19 ］
的一个狭长通道内 （ 图 1 ） ， 且能把该通道基本充 ， 满 通过阻止与底物的结合能够非常有效地抑制 酶的活性。该抑制剂不能直接与钼离子配位， 但 ［13 ］ 是能与结合位点形成多重氢键及疏水性作用 。
， 为基于结构的合理药物设计提供了重要
信息。非布索坦结合于通往酶的钼蝶呤活性位点
杂环羧酸类 XO 抑制剂 16 ～ 24 ， 它们的 新型吲哚－1 IC 50 值低于 4 nmol · L 。
Nippon Chemiphar 公司申请的专利中公开了一 类苯并五元杂环及嘧啶并五元杂环类化合物（ 例如 25 ～ 30） 。体外活性试验表明这些化合物抑制 XO （ cow milk） 的 IC 50 值为 11. 1 ～ 75. 9 nmol· L ， 活性 L ） 。在 ICR 远远高于别嘌醇（ IC 50 = 542. 1 nmol· （ imprinting control region） 小鼠体内试验中， 抑制率 （ IR） 为 51. 4% ～ 63. 8% 。构效关系研究表明， 唑
以黄嘌呤氧化酶为靶点的新型非嘌呤类抗痛风及 高尿酸血症药物研究进展
展 鹏， 刘 涛， 刘新泳
*
（ 山东大学 药学院 化学生物学教育部重点实验室， 药物化学研究所， 山东 济南 250012 ） 摘 要： 黄嘌呤氧化酶（ XO ） 催化黄嘌呤生成尿酸及次黄嘌呤生成黄嘌呤的过程， 是抗高尿酸血症或痛风药 。 、 物研究的关键靶点 黄嘌呤氧化酶抑制剂由于作用机制明确 疗效显著而倍受关注， 研发新型 XO 抑制剂具 有广阔的应用前景。XO 的结构生物学及分子模拟技术为新一代非嘌呤类 XO 抑制剂的合理药物设计奠定 了基础。本文综述了以黄嘌呤氧化酶为靶标的新型非嘌呤类小分子杂环化合物及天然产物来源的活性分子 在抗高尿酸血症或痛风药物研究领域中的进展 。 关键词： 痛风； 高尿酸血症； 黄嘌呤氧化酶； 杂环化合物； 天然产物； 药物设计 中图分类号： R914 文献标志码： A
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并嘧啶及咪唑并嘧啶系列化合物的活性高于噻唑并 ［ 22 ］ 3该公司又报道了一类 1， 噻唑 嘧啶系列 。接着， ［ 5， 4d］ 嘧啶类化合物， 代表性化合物为 31 ～ 36。此 类化合物抑 制 XO （ cow milk ） 的 IC 50 值 为 5. 4 ～ · L － 1 。体内 活 性 与 别 嘌 醇 （ 抑 制 率 为 20. 2 nmol 99% ～ 136% ） 和非布索坦（ 抑制率为 105% ～ 136% ） 相当
第 22 卷 第 5 期 2012 年 10 月 总 109 期
中 国 药 物 化 学 杂 志 Chinese Journal of M edicinal Chemistry
Vol. 22 No. 5 p． 403 Oct. 2012 Sum 109
文章编号： 1005 － 0108 （ 2012 ） 05 － 0403 － 13
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黄嘌呤氧化酶的功能与结构概述
得到再生。与其他类含钼氧化还原酶相同的是， 产物中新引入的氧原子是来自于水分子， 而非氧 气分子
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黄嘌呤氧化酶 （ XO ） 是嘌呤分解代谢过程中 次 的一种很重要的酶。在嘌呤代谢的最后步骤中， 再进 黄嘌呤在黄嘌呤氧化酶的作用下生成黄嘌呤， 一步生成尿酸。由于人体内无尿酸酶， 不能分解尿 酸， 因此当体内 XO 活性异常增高时， 则会生成大 量尿酸， 抑制 XO 的活性可有效地减少尿酸的生 10% 左右的原发性高尿酸血症和痛 成。研究显示， 风主要是由于嘌呤代谢酶缺乏或活性改变所致， 而 XO 活性增高为主要因素。此外， XO 也能催化醛 ［ 3 －4 ］ 。 类的氧化反应， 与肝炎等多种疾病密切相关 黄嘌呤氧化酶是黄嘌呤氧化还原酶 （ xanthine oxidoreductase， XOR ） 的一种存在形式。 XOR 是 存在于各种生 一种高度保守的含钼黄素的蛋白， 物体内。在哺乳动物中以黄嘌呤氧化酶及黄嘌呤 XDH ） 两种可以 脱氢酶 （ xanthine dehydrogenase， 相互转化的形式存在， 正常情况下主要以 XDH XDH 通过两种途径转化为 XO ： 一种 形式存在， 是酶的半胱氨酸残基被氧化， 在黄素腺嘌呤二核 adenine dinucleotide， FAD ） 周围形成 苷酸（ flavine二硫键， 为可逆性转化； 另一种是由蛋白酶 （ 如胰 。 XO 的分子 酶） 水解形成的不可逆性转化 量较大， 含有两分子 FAD 、 两个钼原子和 8 个铁 原子。 酶 中 的 钼 原 子 以 钼 蝶 呤 （ molybdopterin， M oPt） 辅因子的形式存在， 是酶的活性位点。 铁 Fe2 S 2］ 原子则为［ 铁氧还蛋白铁硫簇的一部分， 参 Pt 与电子转移反应。 XO 的催化反应发生在 M o辅因子中心， 电子经两个铁氧还蛋白铁硫簇转移 到 FAD 的异咯嗪环上， 接着转移到第二个底物 NAD + 上。具体过程为， XO 活性位点中 M oPt 辅 、 因子的钼原子与一个氧原子 多个硫原子以及一 个羟基相连。 在黄嘌呤转化为尿酸的过程中， 钼 原子上的氧原子先是转移至黄嘌呤分子上 ， 然后， 水分子与活性中间体进行加成， 使活性的钼中心
［23 ］
要比碳氢键 （ C —H ） 牢固得多， 新型氘代衍生物 37 对黄嘌呤 的生物活性与非布索坦相当， 其中， 氧化酶的抑制作用强于非布索坦， 而且大鼠药动 学实验充分证实了氘代修饰的优越性 。
随着结构生物学的发展， 非布索坦和 piraxostat（ Y700 ， 5 ） 与酶复合物的晶体结构被相继报 道
［3 － 4 ］
。ຫໍສະໝຸດ Baidu
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非嘌呤类黄嘌呤氧化酶抑制剂
研究显示， 已经应用于临床的别嘌醇和非布 索坦都属于作用于 XO 中黄嘌呤结合位点的抑制
［8 － 11 ］ 。别 剂， 但是它们的具体作用机制截然不同 Pt 代 谢 为 异 嘌 呤 嘌醇是底 物 类 似 物， 通 过 M o-
， Pt 的配位结合； 复 从而抑制黄嘌呤与 M o合物晶体结构研究表明， 非布索坦是通过占据酶 醇 的疏水空腔从而阻止与黄嘌呤的结合， 而不是与 ［13 ］ M oPt 相互作用 。 临床研究显示， 非布索坦的疗效显著， 但仍表 如肝功能异常、 腹泻、 现出一些明显的不良反应， 头痛、 皮疹、 恶心等。 与别嘌醇相比， 非布索坦价 ， 格昂贵 目前主要用于那些有轻中度肾功能不全 的患者和使用别嘌醇治疗失败或不耐受的患 ［9 － 10 ］ 。非布索坦作为药物靶标明确和作用机 者 制清晰的首创药物， 其结构尚未被充分优化， 这就 为模拟创新提供了研发空间。人们通过化学合成 及对天然产物的深入研究， 陆续发现了多类结构 新颖的小分子非嘌呤类黄嘌呤氧化酶抑制剂 。 2. 1 2. 1. 1 小分子杂环类黄嘌呤氧化酶抑制剂 非布索坦类似物的结构修饰及结合模式 非布索坦为苯基杂环羧酸类化合物， 此类化合
［ 3 －4 ］
。 研究表明， 高
尿酸血症不仅是痛风最重要的生化基础和诱发痛 而且还与高血压、 肾脏疾病、 代 风最危险的因素， 高血脂症、 糖尿病、 胰岛素抵抗和心脑 谢综合征、 血管疾病等多种代谢紊乱综合征有关， 已成为严 重威胁人类健康的代谢性疾病。痛风已成为继糖 尿病之后的第二大代谢性疾病。 因此， 加强对高 尿酸血症、 痛风的预防和治疗具有重要的现实意 义， 寻找高效低毒的抗高尿酸血症和抗痛风药物 是目前药学研究的一大热点。
［ 17 ］ ［ 17 ］ ［ 18 ］ 唑环 、 噻吩环 、 吡啶环 （ 化合物 5 ～ 15 ） 等。 Y700（ 5） 曾进入临床研究［19］。 其中，
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展 鹏等： 以黄嘌呤氧化酶为靶点的新型非嘌呤类抗痛风及高尿酸血症药物研究进展
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Choi 和 Song 等［20 － 21］ 将苯基杂环羧酸类化 合 物中的 A 环 （ 苯环 ） 替换为吲哚环又得到一类