黄嘌呤氧化酶抑制剂的研究进展

高天舒，胡伟凤，肖愉箫，苏晓语,李嘉琦,贾昱晗,王星,3，陈真

(1.中国药科大学药学院,江苏 南京 211198；2.中国药科大学基础医学与临床药学学院,江苏 南京 211198；3.江苏文锂生物科技有限责任公司,江苏 句容 212415)

黄嘌呤氧化酶(xanthine oxidoreductase，XOD)是嘌呤代谢过程中的关键酶，它广泛存在与各种生物组织中。它的专一性不高，不仅可以催化次黄嘌呤生成黄嘌呤，进而生成尿酸，又可以直接催化黄嘌呤生成尿酸。XOD活性异常是诱发一系列疾病的重要原因之一，除了最常见的痛风外，有些心脑血管疾病也与XOD活性升高有关。XOD抑制剂通过竞争性和(或)非竞争性抑制XOD，从而抑制尿酸生成，降低体内尿酸水平，达到治疗高尿酸血症的目的。除此之外，XOD抑制剂对于心脏、神经等疾病也有一定的治疗作用，本文对XOD抑制剂的药理作用和临床应用进行归纳，并对近年来已经上市和处于开发阶段的XOD抑制剂进行总结，综述了XOD抑制剂的最新进展。

1 黄嘌呤氧化酶的结构和催化机制

黄嘌呤氧化酶是体内重要的与嘌呤代谢有关的氧化还原酶。XOD的分子量相对较大，是一种由1 300多个氨基酸组成的分子量约270 kDa的钼黄素蛋白酶。XOD在人体内的各个组织中广泛表达，其表达水平在肝脏和肠道中最高。XOD由催化活性相互独立的两个完全对称的亚基组成。每个亚基分子量都为147 kDa，由包括一个钼蝶呤辅因子、两个不同的2Fe-2S中心和一个核黄素腺嘌呤二核苷酸辅因子的4个氧化还原中心组成[1]。XOD结构中最重要的是钼蝶呤中心，该位点是催化嘌呤生成尿酸的关键部位。

黄嘌呤氧化酶有转移电子的功能，首先XOD传递电子到NAD+，NAD+接受电子后会迅速生成NADH 或产生氧分子，氧分子经过一系列级联还原反应生成包括过氧化氢或超氧负离子等活性氧。黄嘌呤氧化还原酶有两种存在形式，分别是黄嘌呤脱氢酶(xanthine dehydrogenase,XDH)和黄嘌呤氧化酶,这两种存在形式并不是独立的，它们之间可以通过巯基氧化或水解反应相互转化。XDH与XOD都能够还原氧分子，但相比之下XOD还原氧分子的活性更高。发生这些反应的场所即为上文提到的钼蝶呤中心。XOD在嘌呤代谢过程中发挥着至关重要的作用，XOD首先将次黄嘌呤氧化为黄嘌呤，然后在进一步将黄嘌呤氧化为尿酸。

2 黄嘌呤氧化酶抑制剂作用机制

黄嘌呤氧化酶根据其结构类型分为嘌呤类和非嘌呤类，由于与XOD底物结构有着高度相似性，因此可以与XOD催化中心相结合，并且比黄嘌呤有着更高的亲和力，竞争性和(或)非竞争性抑制尿酸的生成。XOD抑制剂能够抑制XOD的氧化态和还原态，降低体内的尿酸含量来缓解病情。

3 黄嘌呤氧化酶抑制剂药理作用和临床应用

3.1 降低尿酸 XOD抑制剂最重要的药理作用就是减少尿酸形成。黄敬群等[2]通过给高尿酸血症小鼠灌胃XOD抑制剂，发现XOD抑制剂代表药物别嘌呤醇可以明显抑制尿酸形成。同时他们检测发现小鼠体内的黄嘌呤与次黄嘌呤的浓度也有所降低，而黄嘌呤与次黄嘌呤在尿中的排泄量增加。这可能是由于黄嘌呤和次黄嘌呤的溶解度高于尿酸，在泌尿道中不易析出，通过肾脏更易清除。现有的研究表明[3]，2型糖尿病的发病与尿酸浓度也有一定的关系，其发病率会随着血尿酸水平的升高而增加，并且体内的尿酸水平升高会加重肾小球与肾小管的损伤，进一步加重糖尿病的病情。杨昌林等[4]研究表明XOD抑制剂非布司他可以降低尿酸的生成，对于肾功能有一定的保护作用，十分适用于高龄2型糖尿病肾病合并高尿酸血症患者。XOD抑制剂仍然是长期治疗的首选尿酸降低药物。大型的长期临床试验都清楚地表明，XOD抑制剂(即别嘌醇和非布索坦)在大多数患者中是有效，安全且耐受性较好的。

3.2 镇痛作用 疼痛是痛风患者较为严重的病症之一，对患者的日常生活质量有较大的影响。别嘌呤醇等XOD抑制剂具有良好的镇痛作用，Shankpal等[5]利用涡流热板中心镇痛模型和乙酸扭体外周镇痛模型证明了别嘌呤醇和非布索坦对于中枢和外周疼痛均有良好的镇痛作用，且非布索坦阵痛活性更强。

3.3 改善心功能 一般来说，心脏方面的疾病经过发展恶化后，最后往往会发展为慢性心力衰竭。有研究表明[6]，当发生慢性心衰时，患者血清中黄嘌呤氧化酶表达增加，王真真等[7]研究发现别嘌呤醇可以通过PGC-1α轴来调节糖脂代谢，使PGC-1的表达下降，然而PGC-1与心肌细胞能量代谢密切相关，因此当PGC-1的表达下降，心力衰竭的大鼠的心肌细胞能量代谢就可以得到改善，进一步增加 ATP的生成。王家伟等[8]研究了XOD抑制剂代表药物别嘌呤醇对心衰大鼠心脏功能的改善作用以及保护作用机制，发现别嘌呤醇作用广泛，并不只是单单作用于某个方面改善心功能，而是通过多个方面协同作用改善心肌代谢。其中最重要的一个方面就是别嘌呤醇可以提高心肌细胞抗氧化的能力，其次它还可以使呼吸链酶复合体的活性得到提高以及可以从整体上调控能量代谢，通过这样的联合作用而达到治疗大鼠心力衰竭的目的。一项对77例慢性心衰患者临床观察的实验表明[9]，在常规治疗基础上口服XOD抑制剂可使患者体内的氧化应激水平明显降低，血管的收缩和舒张功能也得到改善，左心室射血分数增加，最终达到改善心功能状况的目的。

3.4 保护脑神经 有研究表明[10]脑梗死的发病和死亡率与血清中尿酸水平的高低紧密相关，郭建军等[11]研究了80 例急性脑梗死伴高尿酸血症患者，发现XOD抑制剂代表药物别嘌呤醇能够明显降低急性脑梗死伴高尿酸血症患者的血清尿酸水平并改善患者的神经功能缺损症状。胡勇等[12]发现新生大鼠脑缺氧缺血(hypoxic ischemic,HI)后腹腔注射ALLO可降低Hl引起的XOD、iNOS及OH的活力升高，新生鼠大脑皮质的神经元凋亡速度就会减慢。从而表明别嘌呤醇对脑神经有一定保护作用。

4 黄嘌呤氧化酶抑制剂研究现状

随着人们对XOD和XOD抑制剂结构及作用机制更加深入的研究，XOD抑制剂慢慢成为研发降低尿酸药物的一个重中之重。

4.1 已上市的黄嘌呤氧化酶抑制剂

4.1.1 别嘌呤醇 别嘌呤醇是最常见的治疗痛风的药物，结构与次黄嘌呤相似，本质上是一种竞争性XOD抑制剂。别嘌呤不仅本身可抑制XOD活性，其代谢产物也可抑制XOD活性，使尿酸的生成减少。别嘌呤醇有利于降低血清尿酸水平，加速尿酸结晶与痛风石的溶解。由于其价格低廉，别嘌呤醇仍然是临床上用来治疗痛风和无症状的高尿酸血症的一线药物。但是也有研究发现[13-14]，别嘌呤醇的治疗有效率不到50%，还会给患者带来一定程度的肝肾功能的损害，并伴有药疹、发热等症状。

别嘌呤醇的常见不良反应主要是胃肠道反应以及皮疹，其他如别嘌呤醇超敏反应综合征、嗜酸性粒细胞增多症、药物性肝炎以及间质性肾炎等偶有发生。别嘌呤醇超敏反应综合征是相对较严重的不良反应，主要反映在皮肤上，表现为疤痕形成，包括史蒂文斯-约翰逊综合征、药疹伴嗜酸性粒细胞增多症、毒性表皮坏死、脉管炎以及肝肾功能损害，发生率约 0.1%，死亡率高达20%～30%。大剂量的使用、与利尿剂联用以及用于肾功能不全的患者可能会增加异己手综合征的风险[15]。

董俊等[16]研究发现对于高尿酸血症患者来说，别嘌呤醇更适用于治疗老年患者。老年患者一般会并发一些心血管疾病，而别嘌呤醇在一定程度上对血管内皮功能有一定的改善作用，安全性较高。同时有研究报道，别嘌呤醇使用不当或者使用过量可引起大量严重的不良反应，包括超敏综合征合并肾功能不全，这些不良反应对患者的生命有着严重的威胁，这提示在使用别嘌呤醇治疗肾功能不全的患者时，要注意它的用量，尤其是用来治疗老年患者时，一定要检测患者的内生肌酐清除率，根据此指标适当降低别嘌呤醇的剂量，避免进一步损伤患者肾脏功能[17]。

4.1.2 非布司他(Febuxostat) 除了别嘌呤醇外，非布司他也是一种上市较早，在临床上广泛使用的XOD抑制剂。它的主要成分为非布佐司他，相较于别嘌呤醇更优的是，非布司他属于非竞争性的非嘌呤类XOD抑制剂，通过与XOD非竞争性结合来抑制XOD的活性，从而减少尿酸的生成，因此效果更精确且不会干扰其他嘌呤相关代谢酶。非布司他主要通过肝脏进行代谢，代谢产物经肠道排出，安全性高[18]。

研究表明[19]，使用非布司时带来的不良反应较少，并且此药具有较高的达标率。应用于老年痛风伴有肾功能不全的患者时，非布司他还具有降低其肾功能损伤程度的作用，从而减轻患者肾脏的负担。但关于非布司他的研究至今尚不完整，与其他XOD抑制剂对比的高质量研究仍然缺乏，有待进一步完善。

刘岩等[20]研究证明非布司他比别嘌呤醇更适用于治疗高龄的高尿酸血患者，对两周内的高龄高尿酸血症患者的达标率明显高于别嘌醇，而且用药前无须进行特殊基因的检测。非布司他主要经过肝脏代谢，相比别嘌呤醇，对于肾功能不全和肾移植患者有更好的疗效和更高的安全性[21-26]。此外，非布司他还能有效改善患者的肾功能，降低血清NALP3、IL-1β水平[27]。

尽管有如此多的优点，也有研究报道[28]非布司他相比别嘌呤醇有更高的心血管疾病死亡率，因此对合并心血管疾病的无症状高尿酸血症患者，不推荐非布司他作为首选降尿酸药物。

4.1.3 托匹司他(Topiroxostat) 2013年日本批准上市了一款新型的非嘌呤类XOD抑制剂，药品名为托匹司他。它通过竞争性的与氧化型和还原型XOD结合来抑制XOD的活性，进而减少尿酸的生成。托匹司他具有双重抑制作用，对抑制黄嘌呤氧化还原酶具有可选性、可逆性的特点，除能有效降低血清尿酸水平外，还具有长效降酸作用[29]。

托匹司他完全从肝脏代谢，代谢产物经过粪便排泄，对于开始透析的慢性肾脏病(chronic kidney disease，CKD)患者也不需要减少剂量，已被证明能够安全、有效地降低透析合并高尿酸血症患者的高尿酸水平，并且可维持糖尿病肾病患者的肾功能[30]。托司匹他可以治疗高尿酸血症，对此有学者专门研究了药物在治疗过程中的有效性及安全性，结果显示药物可以显著降低患者血尿酸水平，对高尿酸血症治疗十分有效。长期服用托匹司他时，给药剂量在40～240 mg·d-1相对安全，与别嘌呤醇相比，120 mg·d-1的托匹司他的降尿酸效果与200 mg·d-1的别嘌呤效果相当，但是托司匹他的耐受性更好。治疗期间，托匹司他不仅降低了患者的尿酸水平，对于患者的尿蛋白水平也有一定降低，同时还促进尿肌酐水平降低[31-32]。临床试验数据显示[33]，托匹司他相比于别嘌呤醇的毒性更小，患者更不容易耐受，对于中、重度肾功能不全患者托匹司他不易影响肾功能，临床上对于改善患者症状十分有效。

4.1.4 苯溴马隆(Benzbromarone) 苯溴马隆属于苯骈呋喃衍生物，是一种非竞争性XOD抑制剂，主要用于原发性高尿酸血症与痛风性关节炎间歇期的治疗。苯溴马隆主要是通过非选择性地抑制URAT1及GLUT9活性来增加尿酸的排泄，其主要经过肝脏代谢，对于轻中度肾功能不全者可以使用，通常使用剂量为50～100 mg·d-1。余国铭等[34]研究表明对于高尿酸及痛风患者，该药能有效地调节血尿酸水平，并且安全性良好。相关研究显示，苯溴马隆可通过多种方式发挥对细胞和组织的保护作用，比如清除氧自由基和脂质过氧自由基，抑制血管平滑肌细胞对尿酸的摄取，进一步降低尿酸水平，从而减少肾功能损害[35]。

但是苯溴马隆不建议长期使用，否则会引起恶心、腹泻甚至一系列严重的不良反应。因此在临床治疗中应根据病情状况安全使用[36]。2016年进行的一项关于苯溴马隆的降尿酸效果的Meta分析结果显示[37]，苯溴马隆与别嘌呤醇相比降尿酸效果更优，且仅次于非布司他，它的降尿酸效果与丙磺舒接近，但使用的安全性优于丙磺舒。Chou等[38]研究证实，对于伴有慢性肾脏疾病的高尿酸血症患者，苯溴马隆与非布司他降低血清尿酸效果更佳，同时苯溴马隆还可以降低严重患者在透析期间的风险。苯溴马隆最大的缺点就是具有潜在的肝脏毒性，但是相对于其他上市药物，苯溴马隆的使用相对安全并且其降尿酸的效果更强，因此此药仍然是促尿酸排泄的主要推荐用药。

4.1.5 Y-700 别嘌呤醇由肾脏排泄，因此肾功能低下患者血浆中药物浓度显著升高，因此在日常治疗需根据肾功能障碍的程度慎重地决定给药量。为了改善别嘌呤醇在使用中存在的这种问题，Welfide公司开发出非肾排泄型的新型XOD抑制剂Y-700[39]。Y-700是一种芳基吡唑衍生物，这种药物的作用机制和非布司他基本一致，IC50大概为4.3～6.5 nmol·L-1。Y-700并不是由肾脏排泄，而主要由肝脏排泄，目前该药处于临床前研究阶段。

4.2 新合成的XOD抑制剂 由于如今已经上市的XOD抑制剂存在着疗效差、副作用大等各种各样的问题，人们仍然在寻找治疗高尿酸血症、痛风的最佳药物。人们根据已经上市的XOD抑制剂的化学结构进行优化，改造并合成了大量具有降低尿酸作用的XOD抑制剂，在XOD抑制剂研究方面做出了巨大的贡献。

何雄等[40]发现非布索坦结构尚未被充分优化，非布索坦是作用机制清晰和药物靶标明确的首创药物，有着很高的研究价值。随后他们以4-氰基苯肼为原料，经缩合、环合、肼解、烃化等化学反应合成了13个噁二唑类化合物，并且经检测发现其中8个有明显的体外黄嘌呤氧化酶抑制活性。李晶等[41]以4-羟基苯甲腈为原料，合成12个新型的2-苯基-四氢噻喃并嘧啶类化合物(6a～6d，8a～8h)，并且发现化合物8a～8h(100 μmol·L-1)均表现出不同程度的抑酶活性，其活性明显强于化合物 6a～6d，并证明了嘧啶环上引入羧基有利于提高抑酶活性。Zhang等[42]设计并合成了一系列N-(9,10-蒽醌-2-羰基)氨基酸衍生物(1a～1j)，作为新型XOD抑制剂。其中L/D-苯丙氨酸衍生物(1d和1i)和L/D-色氨酸衍生物(1e和1j)在微摩尔水平效力上是有效的。特别是L-苯丙氨酸衍生物1d(IC50= 3.0 μmol·L-1)和D-苯丙氨酸衍生物1i(IC50= 2.9 μmol·L-1)表现出最高的效力。Zhang等[43]还设计、合成了一系列5-(4-(吡啶-4-基)-1h-1,2,3-三唑-1-基)苯腈衍生物(1a-p)，并且均鉴定为具有微摩尔电位的XOD抑制剂。其中最有希望成药的化合物1j和1k的IC50值分别为8.1和6.7 μmol·L-1。Song等[44]基于吲哚支架合成了一系列新型的三取代的2-(吲哚-5-基)噻唑衍生物，并发现2-(3-氰基-2-异丙基吲哚-5-基)-4-甲基噻唑-5-羧酸表现出最强的XO抑制活性(IC50值：3.5 μmol·L-1)和优异的血浆尿酸降低活性。

4.3 其他来源的XOD抑制剂 除了已经上市的XOD抑制剂，人们已经把研究方向转向了中药和饮食，并取得了良好的进展，从大量中药和食物中提取得到了具有抑制黄嘌呤氧化酶的成分。相比于上述药物，食物或者中药来源的XOD抑制剂副作用较少，来源广泛，有很高的研究价值。

4.3.1 中药来源的黄嘌呤氧化酶抑制剂 姚芳芳等[45]发现三七、银杏等中药中广泛存在的槲皮素可以与XOD结合并抑制其活性来降低尿酸水平，减轻肾脏负担。张琳等[46]对硫磺菌主要成分齿孔酸进行研究，发现齿孔酸是XOD的竞争性抑制剂，有利于高尿酸血症和痛风的防治。李美萍等[47]研究发现艾叶的各提取物均对XOD抑制作用，还发现提取物具有抗氧化性。进一步筛选得出了艾叶醇提物有治疗高尿酸血症的潜力。史珅等[48]发现葛根提取物葛根素可以通过抑制XOD活性抑制尿酸生成，并增加尿酸在尿液中的溶解度，从而有益于改善高尿酸血症患者健康状况。周鹏等[49]发现长花铁线莲醇提物有明显的降尿酸作用，抑制 XOD，有一定的肾脏保护和抗炎作用。Deguchi等[50]研究表明细辛50%乙醇提取物有良好的抑制XOD活性的作用，可为高尿酸血症开发新药提供良好的理论基础。Song等[51]发现三尖杉果实提取物也有很好地抑制XOD的活性。

4.3.2 食物来源的黄嘌呤氧化酶抑制剂 何伟炜[52]发现发现金枪鱼蛋白水解物中存在一种小分子疏水性多肽，此种物质可显著抑制高尿酸血症大鼠血清中XOD的活性，从而降低其血尿酸水平。李少鹏[53]对芹菜籽进行研究，发现芹菜籽水提物也有一定的抑制XOD的作用，提取物可以明显降低高尿酸血症小鼠的血尿酸水平，且降尿酸作用至少部分与其对氧化应激的调节有关。学者们还证实了不只是芹菜籽的水提物，芹菜籽超临界二氧化碳流体萃取油对于血清中的XOD的活性也有较强的抑制作用。

Andriana等[54]研究发现平菇中存在的脂肪酸、类黄酮和甾醇等成分有很强的XOD抑制作用，并且还有一定的抗氧化和抗菌作用，因此平菇可以用于开发治疗高尿酸血症、氧化应激和细菌感染的饮料和食品。Yuk等[55]发现香椿叶70%乙醇提取物表现出强烈的XOD抑制作用，其中对XOD抑制作用最强的物质是1,2,3,4,6-五邻没食子酸-β-D-吡喃葡萄糖，IC50为2.8 μmol·L-1，与临床上用于治疗高尿酸血症的别嘌呤醇(IC50=2.3 μmol·L-1)相似，这提示香椿叶可作为药膳来减弱痛风症状。

4.3.3 老药新用的黄嘌呤氧化酶抑制剂 Niu等[56]利用蛋白质-配体对接软件对药物进行筛选，发现抗溃疡性结肠炎药物奥沙拉嗪钠对XOD有很强的抑制活性(IC50=3.4 mg·L-1)，这说明奥沙拉嗪钠对治疗高尿酸血症有潜在用途。

5 展望

随着我国物质生活水平的提高以及日益加重的老龄化问题，痛风的发病率呈现明显的上升趋势。由于痛风反复发作，难以根治的特点，尤其是痛风所引起的疼痛感严重影响了患者的生活质量。临床上主要通过降低患者的尿酸水平来防治痛风。XOD作为尿酸生成过程中的关键酶，可以通过服用XOD抑制剂可以显著降低尿酸水平来治疗痛风。传统的XOD抑制剂如别嘌呤醇，非布司他等是治疗痛风的一线药物。但是它们常会导致一系列的副作用，并可能对患者的肝肾造成损伤。此外，XOD抑制剂对于痛风的急性发作，往往不能起到很好的作用。别嘌呤醇对痛风的急性发作无效，通常只用于间歇性痛风或慢性痛风。传统XOD抑制剂单纯的降低尿酸的药效有很大的局限性，限制了其在临床上的应用。现有的研究表明，NLRP3基因多态性与原发性痛风的发病密切相关，NLRP3炎症小体参与了发病过程。日后研发的新型XOD抑制剂若能兼顾降低尿酸和抗炎的药效，这将对痛风的治疗和预防起到关键性作用。