5-脂氧合酶及其抑制劑研究進展

脂氧合酶是一類非血紅素含鐵雙加氧酶，存在于動、植物的組織和細胞中，可催化花生四烯（AA）、二十二碳六烯酸和各種多不飽和脂肪酸(polyunsaturated fatty acid，PUFA)的氧化反應。脂氧合酶主要分為1、3、5、8、12、15-脂氧合酶6種亞型。其中5-脂氧合酶(5-lipoxygenase，5-LOX)是脂氧合酶同工酶中最常見的、研究較為深入的非血紅素鐵蛋白氧化代謝酶，是許多高活性氧化脂質生物合成中的關鍵酶。5-LOX作用于AA氧化通過兩步完成：第一步使5-LOX氧化成5-羥過氧化二十碳四烯酸（5-HPETE）再轉化為5-羥基二十碳四烯酸（5-HETE）。第二步催化5-HPETE生成白三烯A4(leukotriene A4，LTA 4 )。LTA 4既可轉化為致炎物白三烯B4(leukotriene B4，LTB4)，也可生成白三烯C4(leukotriene C4，LTC4)進而生成白三烯D4(leukotriene D4，LTD4)、白三烯E4(leukotrieneE4，LTE4)等導致過敏反應的反應物質。白三烯物質（LT）是哮喘、慢性阻塞性肺疾病、炎癥性腸病、關節炎、動脈粥樣硬化、皮炎和癌癥等多種慢性炎癥性疾病相關的促炎性脂質介質，通過進一步的雙加氧作用和對外源化學物的協同氧化作用，在炎癥、哮喘、腦缺血、部分惡性腫瘤及阿爾茨海默癥等疾病的發生和發展中具有極其重要的作用。5-LOX抑制劑通過阻斷LT的產生，抑制AA轉變為LT，從而減少炎癥的產生。因此，開發有效的5-LOX抑制劑對治療上述疾病至關重要。

根據抑制劑的作用機制可將5-LOX抑制劑分為直接抑制劑和間接抑制劑。

(相關資料圖)

直接抑制劑

直接抑制劑主要針對5-LOX分子結構特點進行研發，比如干擾5-LOX C-端催化結構域中Fe2+與Fe3+正常的轉換，或者是與鐵離子絡合來抑制5-LOX的活性。直接抑制劑包括氧化還原抑制劑、非氧化還原抑制劑、鐵離子配體抑制劑。間接抑制劑主要是圍繞FLAP進行設計，在5-LOX途徑中需要FLAP的參與，抑制了FLAP 就能阻斷 5-LOX 途徑。

1、氧化還原抑制劑

氧化還原抑制劑一般是親脂性的小分子芳香族化合物，例如酚類化合物和醌類化合物。 1,4-苯醌AA-861是第一批氧化還原型5-LOX抑制劑，經多項研究證實其在體內可產生抗炎作用，并已經通過了預防季節性過敏性鼻炎的臨床試驗。苯醌衍生物在人類單核細胞、中性粒細胞和整個人類血液中可作為5-LOX的有效活性抑制劑，對兩種LT相關炎癥標準化動物模型的實驗研究表明，新型1,4-苯醌RF-Id能夠通過抑制LT的產生，在體內抑制導致抗炎反應的5-LOX。此外，氧化還原抑制劑還包括去甲二氫愈創木酸 (NDGA)、香豆素、黃酮類化合物等幾類物質，它們均在體外實驗證實具有高效的5-LOX 抑制作用。氧化還原抑制劑能把Fe3+還原為Fe2+，從而干擾了鐵離子的正常催化循環，阻止5-LOX 的激活，導致5-LOX途徑不能正常進行。此外，黃酮類的某些化合物，例如槲皮素、蘆丁由于B環上具有鄰位的酚羥基，他們還能與Fe3+絡合，從而加大了對 5-LOX 的抑制作用。另外，研究人員用熒光法測定了氧化還原抑制劑的氧化還原電勢，并揭示了氧化還原抑制劑的作用機制，當氧化還原抑制劑存在時，它降低了Fe2+與Fe3+之間的轉換，抑制了酶催化反應，從而需要更多的脂質過氧化物去氧化Fe2+轉變成 Fe3+，因此，在酶催化反應過程中，真正參與催化反應的脂質過氧化物的量是很少的，酶催化反應即被抑制。

2、非氧化還原抑制劑

非氧化還原抑制劑屬于競爭型抑制劑，它能與底物AA競爭結合到5-LOX 的活性中心， 導致5-LOX途徑受阻，相對于其他抑制劑具有更高的選擇性，但是磷酸化作用和Ca2+會干擾這些抑制劑。ZD2138 和ZM230487屬于非氧化還原抑制劑中的兩個代表。它們屬于甲氧基四氫吡喃衍生物，臨床研究表明，ZD2138 能夠有效抑制關節炎和哮喘病。實驗研究表明，一些天然產物和ZD2138 的雜交體 L-697198，以及通過對L-697198結構進行優化而得到的L-708780和L-739010，表現出良好的生物利用度。但后續動物實驗發現，該種抑制劑有多種毒 性，限制了它的臨床使用。此外，L-739,010、CJ-13,610和PF-419183也是非氧化還原型5-LOX抑制劑，在細胞測定中顯示IC50的低納摩爾范圍。L-739,010可以減少LT介導的炎癥反應，且其抗痛覺亢進活性與炎癥大腦中LT水平降低有關，在急性卡拉膠模型和慢性炎癥模型中表現出優異的藥效和藥代動力學，但難以形成共價蛋白結合代謝物。CJ-13,610在大鼠內側半月板橫切面模型上對骨關節炎疼痛有抑制作用，口服CJ-13,610可逆轉該動物模型的兩種疼痛模式，包括觸覺異位痛和負重差異。通過大鼠氣囊模型證明了PF-4191834對LTB4產生的抑制作用，PF-4191834也完成了哮喘的Ⅱ期臨床試驗，但其用于膝骨關節炎的Ⅱ期臨床試驗因出現暈厥、急性肝炎和胃潰瘍出血等嚴重不良事件而被終止。

3、鐵離子配體抑制劑

鐵離子配體抑制劑大體包括兩種，異羥基肟酸類和羥基脲類，羥肟酸衍生物BWA4C和羥基脲衍生物Zileuton是有效的口服5-LOX抑制劑。BWA4C是潰瘍性結腸炎患結腸組織中LTB4合成的有效選擇性抑制劑，以BWA4C為代表的乙酰異羥肟酸5-脂氧合酶抑制劑有助于評價LTB4在潰瘍性結腸炎中的臨床意義，并為該病的治療提供新的途徑。Zileuton使急性和慢性氣道功能得到了改善，也減少了β受體激動劑或糖皮質激素的需求，并在美國被批準用于治療哮喘，但是對于變應性鼻炎、類風濕關節炎和炎癥性腸病的治療潛力較低，并且它有許多缺點，如肝毒 性和不良藥代動力學特征等。以Zileuton結構為基礎設計出了一種新型抑制劑VIA-2291，可以在支氣管痙攣動物模型中表現出比Zileuton高5倍的效力，口服半衰期16 h，對哮喘患者的運動性支氣管收縮有一定的療效。VIA-2291已成功完成動脈粥樣硬化和心血管疾病的Ⅱ期臨床試驗，成為臨床開發中領先的5-LOX抑制劑之一。RBX-7796是一種具有十二烷基鏈的尿素衍生物，可抑制大鼠血液中LTB4的體外合成，并對各種炎癥和支氣管收縮動物模型有活性。

間接抑制劑

間接抑制劑不直接抑制5-LOX的活性。FLAP是5-LOX 激活蛋白，它能結合底物 AA 并且把它轉移給5-LOX。在細胞中，5-LOX 與 FLAP 是共同表達的。當給予足夠的底物 AA，如果缺少FLAP，細胞也不能合成白三烯等物質。MK886 是研發出來的第一代間接抑制劑，同時也是第一個用于臨床的間接抑制劑。它能與AA競爭FLAP 上的結合位點，導致5-LOX 無法與FLAP 相互結合，5-LOX 途徑因此受阻。此外，抑制劑AM803正在進行臨床實驗，并已經完成了對哮喘病人的二期階段試驗，它的衍生物AM103也成功通過了一期臨床實驗。不過研發的某些抑制劑也存在問題，如NGDA和MK0591 等也存在兩方面的缺陷，一是不能特異性針對5-LOX，對人體正常的代謝也有一定的干擾，從而限制了臨床應用；二是穩定性不夠，直接影響抑制劑的抑制效力。

參考資料

[1]李丹鳳,范濤,鹿欣雨.5-脂氧合酶抑制劑的研究進展[J].生命的化學,2023,43(05):666-673.

[2]黃凱,蔣世云,陳柳軍.5-脂氧合酶及其抑制劑[J].中國生物化學與分子生物學報,2014,30(12):1190-1196.

作者簡介：小泥沙，食品科技工作者，食品科學碩士，現就職于國內某大型藥物研發公司，從事營養食品的開發與研究。