白三烯A4水解酶及其抑制药研究进展*

杨尧，周瑶，郁彭，滕玉鸥

(天津科技大学生物工程学院，天津 300457)

白三烯A4水解酶及其抑制药研究进展*

杨尧，周瑶，郁彭，滕玉鸥

(天津科技大学生物工程学院，天津 300457)

白三烯是从花生四烯酸代谢产物中分离得到的具有共轭三烯结构的二十碳不饱和酸，白三烯A4水解酶是水解白三烯A4产生白三烯B4的关键酶,具有环氧化物水解酶及氨肽酶双重活性。白三烯B4是许多急性和慢性炎症的重要化学递质，广泛参与诸多炎症性疾病的发生。除了在炎症发生发展过程中扮演重要角色，近期的研究表明，白三烯A4水解酶与多种恶性肿瘤的发生息息相关。因此，新型白三烯A4水解酶抑制药的研发工作对研制新型抗炎抗肿瘤药物具有十分重要的意义。该文就白三烯A4水解酶及其抑制药的研究进展作一综述。

白三烯A4水解酶抑制药；白三烯A4；白三烯A4水解酶

花生四烯酸代谢是一个在生物体内广泛存在并具有强大生物活性的代谢体系，花生四烯酸代谢主要有两条路径：①在环氧化酶(cyclooxygenase，COX)作用下生成各种前列腺素(prostaglandin，PGs)；②在脂氧合酶(lipoxygenase，LOX)作用下生成白细胞三烯(leukotrienes，LTs)、脂质过氧化物。其中代谢途径中的白三烯A4水解酶(leukotriene A4 Hydrolase，LTA4H)、磷脂酶A2 (phospholipase A2，PLA2)、COX、5-脂氧合酶(5-lipoxygenase，5-LOX)等是抗炎药物设计的重点靶标。

LTs是从花生四烯酸代谢产物中分离得到的具有共轭三烯结构的二十碳不饱和酸，LTA4H是水解白三烯A4(leukotriene A4，LTA4)产生白三烯B4(leukotriene B4，LTB4)的关键酶，具有环氧化物水解酶及氨肽酶双重活性。LTB4是许多急性和慢性炎症的重要化学递质，广泛参与诸多炎症性疾病的发生。除了在炎症发生发展过程中扮演重要角色，近期的研究表明，LTA4H与多种恶性肿瘤的发生息息相关。因此，新型LTA4H抑制药的研发工作对研制新型抗炎抗肿瘤药物具有十分重要的意义。

1 LTA4H

LTA4H存在于多种哺乳类动物组织细胞质中。其生物活性是催化5-(s)-反-5、6-环氧-7、9-反-11、14-顺-廿碳四烯酸(LTA4)生成5(S)，12(R)-三羟-6、14顺8、10-反廿碳四烯酸(LTB4)。1984年RADMARK等首先从人白细胞中提取此酶获得成功[2]。随后有些作者分别从大鼠白细胞和人红细胞中提取了此酶。由于LTB4具有强大的白细胞趋化作用，促进白细胞集聚和附着，促进白细胞溶酶体内酶的释放和白细胞过氧化物的生成。目前认为LTB4和炎症、过敏等关系密切。因此研究LTA4H的活性在生物医学研究中越来越受到人们的关注。

1.1 LTA4H的结构 LTA4H是一种由610个氨基酸分子组成的含锌的双功能金属蛋白酶，广泛存在于包括细菌在内的多种生物中，并且是M1家族同源序列的成员。其晶体结构于2001年确定，其活性特点是：①埋于蛋白质深处的活性中心有一个小的开口，溶剂可由此处渗入；②有3个水分子处于活性中心的疏水口袋端；③活性中心的亲水部分附近有锌原子与周围水分子以螯合物形式存在；④活性中心的疏水袋以L形的空间构型与亲水端相连[3]。

1.2 LTA4H的作用机制 LTA4H具有环氧化物水解酶及氨肽酶双重活性。环氧化物水解酶催化LTA4生成LTB4；氨肽酶的立体结构中疏水性腔穴和二价锌离子能催化蛋白质和多肽底物氨基端的裂解[4-5]。

从LTA4H晶体结构及其定点突变研究看出，特定位点的氨基酸与LTA4H的水解酶及氨肽酶的活性有关。锌离子(Zn2+)及氨基酸Glu271、Glu296和Tyr383会影响其氨肽酶活性；Zn2+及Glu271，Arg563，Asp375，Glu296会影响其水解酶活性。

1.2.1 LTA4H在炎症发生过程中的作用 LTA4H能够催化LTA4产生LTB4，LTB4是体内产生的最强的白细胞趋化因子之一，仅以纳摩尔浓度即可激发白细胞与内皮细胞粘附、聚集，诱导溶酶体酶与活性氧释放，介导血管损伤，参与系统性红斑狼疮皮肤、关节及肾脏等组织的炎症反应及组织损伤。

1.2.2 LTA4H在肿瘤发病机制中的作用 近年来，在炎症中扮演重要角色的LTA4H被发现与多种肿瘤的发生息息相关，LTA4H与慢性炎症相关的癌变机制可能有两种：①炎症细胞扩增影响受体和下游信号分子介导的正反馈，从而诱发癌症前期细胞和癌症细胞的生成；②表皮细胞以及炎症细胞产生的LTB4刺激和加速癌症前期细胞和癌症细胞的生长[6]。

此外，研究发现，在结肠癌、胰腺癌、直肠癌和恶性淋巴瘤等肿瘤细胞中，LTA4H的表达水平明显高于正常细胞。因此人们推测，LTA4H异常表达同样具有诱导肿瘤发生的作用。

LTA4H的氨肽酶功能已被证实能调控肿瘤生长。LTA4H的Glu271氨基酸残基突变在导致其氨肽酶功能完全丧失的同时，LTA4H促进肿瘤细胞生长的活性也受到一定抑制。

2 LTA4H抑制药

来源于花生四烯酸和LTA4脂氧素，脂氧素A4(lipoxin A4，LXA4)和脂氧素B4(lipoxin B4，LXB4)都是参与炎症消退的抗炎性递质。LTB4参与炎症等多种疾病的发生，因此抑制细胞内LTB4活性或减少LTB4合成成为治疗炎症等多种疾病的一种手段，而作为生成LTB4的关键酶，LTA4H抑制药的研究就至关重要[7-11]。

在花生四烯酸的代谢网络中，5-LOX、5-脂氧合酶激活蛋白(5-lipoxygenase activating protein，FLAP)抑制药及LTA4H抑制药都可以达到减少LTB4的目的。5-LOX、FLAP抑制药是通过减少LTA4来达到减少LTB4的目的，这样会导致LTA4下游产物脂氧素形成减少，从而影响到与其相关的代谢网络。而LTA4H抑制药直接作用于产生LTB4的通路上，并不会影响其他产物的合成，所以LTA4H抑制药在一定程度上优于5-LOX或FLAP抑制药。

2.1 底物类似物 由于LTA4自身可以作为LTA4H抑制药，所以之前抑制药的研究主要集中在底物类似物方面。并推出了一系列环氧苯甲酸化合物及一系列带有苯基或噻吩的LTA4类似物作为LTA4H的抑制药，在大鼠及HL-60细胞中对LTA4H有很好的抑制作用。

2.2 锌离子螯合剂 异羟酸类及硫醇类化合物能够抑制LTA4H环氧水解酶的活性；异羟肟酸类化合物在较低浓度时会充分抑制LTA4H活性。例如已经报道的血管紧张肽抑制药卡托普利(甲巯丙脯酸)能抑制环氧水解酶的活性。但由于卡托普利抑制活性较弱，所以以此为基础合成了其他硫醇化合物，如N-[(2S)-3-巯基-2-甲丙酰]-L-脯氨酸衍生物相对于卡托普利有较好的水解酶抑制活性[12]。

苯丁抑制素(bestatin)是一种传统的氨肽酶抑制药，与296位保留谷氨酸的LTA4H 结合，从而抑制环氧水解酶和氨肽酶的活性；苯丁抑制素可有效地抑制大鼠和人食管腺癌细胞的生长。

2.3 非螯合型抑制药 所推出的化合物包括咪唑类似物、脒类似物、氨基酸衍生物类似物、SC-57461A类似物等，以上几种系列对重组人LTA4H及细胞中LTA4H具有很好的抑制活性。

引入功能基团的吡咯烷或者哌啶类衍生物提高了LTA4H抑制药的口服活性，一些含有哌啶基的化合物表现出了进一步的生物学特征，并作为潜在的临床候选化合物，其中4-羧哌啶衍生物有着较好的应用前景。同时带有酸或酸等电子、酯和各种酰胺类的化合物在小鼠体内表现出了很好的口服活性。

氨基酸类的衍生物如N-烷基甘氨酸酰胺[13]，N-烷基甘氨酸酰胺类、芳基的二连胺类都是潜在的口服LTA4H抑制药，具有很好的抑制活性。N-巯基酰胺酸的衍生物是一类新的LTA4H抑制药，其中S-(4-二甲氨基)苄基-L-半胱氨酸的衍生物表现出了LTA4H抑制药的活性并且其选择性多于除血管紧张肽转化酶以外的其他金属酶。同时苯环上用芳香取代基修饰可以提高抑制药活性，选择性同样高于血管紧张肽转化酶。

一价阴离子和清蛋白可以激活LTA4H氨肽酶活性，但有机化合物是否能够促使氨肽酶活性增强，尚有待进一步研究。一系列二苯醚衍生物可以激活或者抑制LTA4H氨肽酶活性，但并不会影响LTA4H水解酶活性。另外，研究表明苯氧基-乙胺基的类似物是潜在LTA4H抑制药。

2.4 新型的LTA4H抑制药 生姜中的姜辣素是具有抗肿瘤活性的天然物质，研究表明，姜辣素可通过抑制LTA4H来抑制结肠癌细胞生长[14]；红酒中的多酚类成分白藜芦醇有良好抗肿瘤活性，继2009年DAVIES等通过计算机模拟预测白藜芦醇能够与LTA4H结合之后，OI等[15]在2010年报道，白藜芦醇能与LTA4H结合，抑制LTB4产生，并控制胰腺癌细胞生长。

香豆酮系列能够减少小鼠和人类血液中LTB4产生，以香豆酮为基础合成了LTA4H抑制药。在体外实验，此类化合物表现出了LTA4H抑制药活性和较好的药动学特性，采用香豆酮中心替代模式合成的化合物在体外和小鼠体内都表现出较好的抑制活性。在小鼠体内，在一定范围内随着其剂量的增加，合成LTB4的量逐渐减小。此类化合物有着很好应用前景，能够更好地抑制人血中LTB4的产生，为LTA4H抑制药的合成提供了很好的基础[16]。

以PLA2和LTA4H为靶位点的双功能抑制药可能会平衡花生四烯酸网络并且可以用作新的抗炎症药物。之前的研究表明，对于hnps-PLA2和LTA4H的双功能抑制药已经被发现。以此化合物为基础，通过分子嵌合技术所设计的全新双靶位点抑制药，并以此为基础合成5-羟基色胺等一系列化合物，在体外对两种酶的抑制效果优于之前的双功能抑制药[17]。

目前国外对于LTA4H抑制药的研究多用于炎症相关的传统疾病及心脑血管疾病防治。由于LTA4H是完全不同于现有抗癌药物靶标的目标蛋白，以LTA4H抑制药作为新型抗癌药物的研究是该领域新的研究方向。

3 结束语

LTA4H既是调控机体炎症反应的重要蛋白酶，同时也可能成为具有全新作用机制的抗肿瘤药物靶点。通过阐明LTA4H异常表达诱导肿瘤发生的具体作用机制，既能为开发具有高度特异性的高效LTA4H抑制药的设计与开发提供一种新思路、新靶点和新的技术平台，也为临床炎症与癌症的关联研究提供新的思路。

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2013-10-13

2013-11-20

*天津市应用基础及前沿技术研究计划自然科学基金一般项目(12JCYBJC31600)

杨尧(1988-)，女，山西大同人，在读硕士，研究方向：药学和细胞生物学。电话：(0)18322695857，E-mail：yangyao2009.cool@163.com。

滕玉鸥(1976-)，女，吉林长春人，副教授，研究方向：药学和细胞生物学。E-mail：tyo201485@tust.edu.cn。

R965

A

1004-0781(2015)02-0225-03