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5-脂氧合酶抑制剂的研究进展李丹凤*，范 涛，鹿欣雨(西安医学院药学院，西安 710021)摘要：脂氧合酶是一种含铁的氧化还原酶，存在于动植物的组织和细胞中。脂氧合酶主要分为1、3、5、8、12、15-脂氧合酶6种亚型。5-脂氧合酶(5-lipoxygenase，5-LOX)是LOX同工酶中研究较为深入的非血红素铁蛋白氧化代谢酶，是许多高活性氧化脂质生物合成中的关键酶，参与多种炎症性疾病，如炎症、哮喘、脑缺血、部分恶性肿瘤及阿尔茨海默症等疾病的发生和发展过程。因此，开发有效的5-LOX抑制剂对治疗上述疾病至关重要。本文介绍了5-LOX抑制剂的研究成果，并对其分类、来源、治疗药效和优缺点进行了讨论，为深入研发创新型5-LOX抑制剂提供理论依据。关键词：5-脂氧合酶；5-脂氧合酶抑制剂；脂氧合酶Research progress of 5-lipoxygenase inhibitorsLI Danfeng*,FAN Tao,LU Xinyu(School of Pharmacy,Xian Medical University,Xian 710021,China)Abstract:Lipoxygenases are an iron-containing oxidoreductases which found in the tissues and cells ofplants and animals.Lipoxygenases are mainly divided into 6 subtypes of 1,3,5,8,12 and 15-lipoxygenase.5-lipoxygenase(5-LOX)is a non-heme ferritin oxidative metabolic enzyme which has been studied deeplyamong LOX isoenzymes,and it is a key enzyme in the biosynthesis of many highly active oxidative lipids.Thekey role of the 5-lipoxygenase in formation of inflammation,asthma,cerebral ischemia,some malignanttumors and Alzheimers disease had been demonstrated.Therefore,the development of effective 5-LOXinhibitors is crucial for the treatment of these diseases.This article,reviews the research findings introducing5-LOX inhibitors,by focusing on the classification,and discusses on their sources,therapeutic efficacy,advantages and disadvantages of them.It can provide a theoretical basis for further research and developmentof innovative 5-LOX inhibitors.Key Words:5-lipoxygenase;5-lipoxygenase inhibitor;lipoxygenase脂氧合酶是一种含铁的氧化还原酶，存在于动、植物的组织和细胞中1,2。脂氧合酶主要分为1、3、5、8、12、15-脂氧合酶6种亚型3。5-脂氧合酶(5-lipoxygenase，5-LOX)作为脂氧合酶同工酶中是最常见的、研究较为深入的非血红素铁蛋白氧化代谢酶，是许多高活性氧化脂质生物合成中的关键酶，通过催化花生四烯酸(arachidonic acid，A A)变 成 5-羟 过 氧 化 二 十 碳 四 烯 酸(5-hydroperoxyeicosatetraenoic acid，5-HPETE)后被氧化成白三烯(leukotriene，LT)。LT是哮喘、慢性阻塞性肺疾病、炎症性肠病、关节炎、动脉粥样硬化、皮炎和癌症等多种慢性炎症性疾病相关的促炎性脂质介质，通过进一步的双加氧作用和对外源化学物的协同氧化作用，在炎症4、哮喘5、脑生命的化学,2023,43(5):666-doi:10.13488/j.smhx.20230190收稿日期：2023-03-06基金项目：陕西省教育厅专项科研计划项目(22JK0550)*通信作者：E-mail：缺血6、部分恶性肿瘤7及阿尔茨海默症8等疾病的发生和发展中具有极其重要的作用。5-LOX抑制剂通过阻断LT的产生，抑制AA转变为LT，从而减少炎症的产生。因此，开发有效的5-LOX抑制剂对治疗上述疾病至关重要。近年来，5-LOX抑制剂的开发和研究已经越来越受到关注9,10。本文对5-LOX的特性及在疾病中的作用，5-LOX抑制剂的分类、来源、治疗性能和优缺点进行了综述。1 5-LOX的特性与疾病1.1 5-LOX的特性人类5-LOX基因定位于10号染色体上，包括了14个外显子和13个内含子。转录的起始位点在转录起点位置的上65 bp，可以与转录因子Sp1结合。5-LOX有1个单一的多肽链，它被折叠成2个主要的结构域：C-端催化结构域和N-桶结构域，它的活性位点有一个催化金属(高度自旋的亚铁离子和铁离子)和一个酰基链，被蛋白质外壳包围。在C-端催化结构域中，有一个很深且特殊的富含赖氨酸的区域，底物可以停靠在其中。实际上，5-LOX特定的-kkk-序列导致其倾向于非翻转失活，这可能是它本质上不稳定的原因。5-LOX的独特特性是Lys在2肽或3肽的位置上取代了Leu11。脂氧合酶是一类非血红素含铁双加氧酶，可催化AA、二十二碳六烯酸和各种多不饱和脂肪酸(polyunsaturated fatty acid，PUFA)的氧化反应。5-LOX作用于AA氧化通过两步完成：第一步使5-LOX氧化成5-HPETE再转化为5-HETE。第二步催化5-HPETE生成白三烯A4(leukotrieneA4，LTA4)。LTA4既可转化为致炎物白三烯B4(leukotrieneB4，LTB4)，也可生成白三烯C4(leukotrieneC4，LTC4)进而生成白三烯D4(leukotriene D4，LTD4)、白三烯E4(leukotrieneE4，LTE4)等导致过敏反应的反应物质12。1.2 5-LOX和疾病1.2.1 5-LOX和癌症癌症主要是由不正常和不受控制的细胞增殖引起的。高脂肪饮食与癌症的发展有关。脂肪酸的代谢物质会形成不同的生物活性分子，这些衍生物质参与了癌症的发病机制，现在普遍认为在肿瘤进展、转移、血管生成等方面发挥着重要作用。5-LOX直接参与不同类型癌症的发展，包括前列腺癌、肺癌、结肠癌和结直肠癌。5-LOX激活蛋白催化AA代谢为LTB4或者LTC4，5-HETE、LTs的氧化形式通过与G蛋白偶联的跨膜受体OXER1结合，促进细胞增殖和癌细胞的活力13。5-LOX抑制剂可以抑制肿瘤细胞的增殖和分化，并且能诱导细胞的凋亡。这种显著的抑制活性可在一定程度上作为治疗癌症这一疾病的关键因素发挥重要作用14。1.2.2 5-LOX和代谢性疾病肥胖是代谢综合征相关合并症的主要危险因素，例如胰岛素抵抗、2型糖尿病和非酒精性脂肪肝病(nonalcoholic fatty liver disease，NAFLD)等15。有证据表明，代谢综合征的相关病理因脂肪组织中慢性低级别炎症状态的发展而加剧15,16。在肥胖和胰岛素抵抗患者和动物的脂肪组织中，5-LOX常过表达17。Horrillo等18的研究表明，高脂饮食(high-fat diet，HFD)诱导肥胖小鼠的脂肪组织样本显示5-LOX酶产物的形成增加。该研究还发现，LTB4明确地增加了核转录因子p50(NF-Bp50)和p65(NF-B p65)，因而诱导了该转录因子在脂肪组织中的活性。此外，继发于LTB4诱导的NF-B激活，肿瘤坏死因子-(tumor necrosis factor-，TNF-)、脂肪因子-1(monocyte chemoattractantprotein-1，MCP-1)和白介素-6(interleukin-6，IL-6)的释放增强。这些炎性因子与具有胰岛素抵抗和肝脏脂肪变性的脂肪组织炎症直接相关。除了炎症，5-LOX途径也被证明有助于调节来源于脂肪组织的游离脂肪酸的增加。选择性5-LOX抑制剂能够降低循环中游离脂肪酸浓度，减轻胰岛素抵抗和肝脏脂肪变性。综上，肥胖过程中伴随着5-LOX依赖的脂肪组织炎症发生，发炎的脂肪组织中游离脂肪酸和胰岛素抵抗性脂肪因子(TNF-、IL-6和MCP-1)的大量释放导致胰岛素抵抗并导致NAFLD的发展。因此，对这些脂质介质生成途径进行药理调控将为代谢性肝病、2型糖尿病提供新的保护和治疗策略19。1.2.3 5-LOX和痛风痛风是40岁以上男性最常见的炎症性关节炎20，是由关节内及周围的尿酸钠晶体沉积引发李丹凤,等.5-脂氧合酶抑制剂的研究进展 667 的的炎症性疾病。有研究表明，由5-LOX代谢AA产生的LTB4能够促进白介素-1(interleukin-1，IL-1)的产生，是痛风发作的重要介质21，而且敲除5-LOX或阻断LTB4的产生会下调IL-1，从而减少痛风模型小鼠中的功能性关节损伤22。因此，靶向5-LOX抑制剂可能在缓解痛风炎症方面具有重要的作用。2 5-LOX抑制剂的研究进展目前，5-LOX抑制剂根据抑制剂的作用机制可将其分为直接抑制剂和间接抑制剂。直接抑制剂是根据5-LOX的结构进行研发，导致其活性降低；间接抑制剂是抑制5-LOX活化蛋白从而阻断5-LOX代谢通路。直接5-LOX抑制剂可以根据抑制作用方式分为：(1)含羟肟酸或N-羟基脲基团的铁配体抑制剂，可螯合活性部位的铁；(2)非氧化还原型抑制剂，与AA竞争与5-LOX结合而不具有氧化还原性质；(3)氧化还原活性5-LOX抑制剂，通过还原活性位点铁，从而解偶联酶的催化循环。间接抑制剂根据化合物来源进行进一步细分，如基于已知结构的修饰、筛选、虚拟筛选和合理设计等。2.1 直接抑制剂2.1.1 尿素、N-羟基脲和羟肟酸衍生物羟肟酸衍生物BWA4C和羟基脲衍生物Zileuton是有效的口服5-LOX抑制剂，这些化合物属于铁配体型抑制剂。BWA4C是溃疡性结肠炎患者结肠组织中LTB4合成的有效选择性抑制剂，以BWA4C为代表的乙酰异羟肟酸5-脂氧合酶抑制剂可能有助于评价LTB4在溃疡性结肠炎中的临床意义，并为该病的治疗提供新的途径。Zileuton使急性和慢性气道功能得到了改善，也减少了受体激动剂或糖皮质激素的需求，并在美国被批准用于治疗哮喘，但是对于变应性鼻炎、类风湿关节炎和炎症性肠病的治疗潜力较低，并且它有许多缺点，如肝毒性和不良药代动力学特征等23。以Zileuton结构为基础设计出了一种新型抑制剂VIA-2291，可以在支气管痉挛动物模型中表现出比Zileuton高5倍的效力，口服半衰期为16 h，对哮喘患者的运动性支气管收缩有一定的疗效24。VIA-2291已成功完成动脉粥样硬化和心血管疾病的期临床试验，成为临床开发中领先的5-LOX抑制剂之一25-27。LDP-977是另一种N-羟基脲衍生物，可口服，其效力是Zileuton的510倍，作用时间更长因此，LDP-977不再被认为是临床候选28。RBX-7796是一种具有十二烷基链的尿素衍生物，可抑制大鼠血液中LTB4的体外合成，并对各种炎症和支气管收缩动物模型有活性29(图1)。2.1.2 四氢吡喃衍生物ZD-2138、L-739,010、CJ-13,610和PF-419183是非氧化还原型5-LOX抑制剂，在细