微生物来源的醛糖还原酶抑制剂的研究进展Word格式.docx

1、1995年，世界卫生组织统计全世界糖尿病在成人中发病率为4%，估量在2025年将达到8%1。尽管能够用胰岛素对糖尿病患者进行医治，但仍是会留下危及许多组织和器官的糖尿病并发症（diabetic complications），如糖尿病性白内障、动脉粥样硬化、周围神经疾病、肾脏病变和视网膜病变等2。糖尿病并发症不仅要挟人类健康和生命平安，降低生活质量，而且带来繁重的经济负担。 1 醛糖还原酶与糖尿病并发症 现有的大量研究说明，多元醇通路激活是继发性糖尿病并发症要紧缘故。糖尿病并发症与糖代谢的多元醇通路（图1）激活有关。 多元醇通路由醛糖还原酶图1 多元醇通路 ，aldose reductase，A

2、R）和山梨醇脱氢酶（SDH）一起调控。AR是一种细胞溶质酶，普遍存在于哺乳动物组织中，如晶状体上皮细胞、视网膜、周围神经细胞、肾脏、胎盘、睾丸和胰腺细胞中等。AR以还原型辅酶（NADPH）为辅酶，将葡萄糖还原为山梨醇；山梨醇在氧化型辅酶I（NAD）的参与下，由山梨醇脱氢酶氧化为果糖3，4。 AR是多元醇通路的关键限速酶，在正常血糖浓度时AR并非被激活，活性不高，代谢率极低，但如血糖浓度超过正常生理水平，催化葡萄糖转化为6 磷酸 葡萄糖的己糖激酶被饱和，AR将被激活，葡萄糖的代谢速度增加24倍，促使体内的葡萄糖转化成山梨醇。但山梨醇脱氢酶的活力并未呈比例地相应增加，山梨醇又由于自身极性大而不易通

3、过细胞膜，因此在细胞内造成了山梨醇的蓄积，造成细胞渗透性水肿，改变细胞膜的通透性，同时细胞内山梨醇大量蓄积也可使Na+、K+ ATP酶活性下降，细胞中肌醇流失，致使细胞代谢与功能的损害，显现糖尿病并发症等器官病变。 通过抑制AR的活性能减少山梨醇的生成，有效避免和改善糖尿病并发症，因此，通过以AR为靶点醛糖还原酶抑制剂（aldose reductase inhibitors，ARIs）的挑选研究工作，成为糖尿病并发症医治药物开发烧点。 2 ARIs挑选模型的研究 任何药物的开发都离不开一个有效的挑选模型。针对AR为靶点的ARIs挑选，分为体内挑选和体外挑选，体内挑选是利用动物模型进行挑选，而体

4、外挑选分为无细胞相水平挑选和细胞相水平挑选。 实验中的AR要紧来源于大鼠、牛、猪、人和兔。1965年，Selma等第一次从小牛的晶状体中分离到AR，并对AR的制备、活性测定及性质作了详细的论述。该法是取小牛晶状体，经匀浆、离心后，上清中加入不同浓度的硫酸铵溶液去杂质，最后加75%硫酸铵饱和溶液，取得粗酶制品，再经透析、DEAE cellulose柱层析取得纯品。后来又制备了不同动物来源的AR，方式大多类似。 糖尿病动物模型是最先用来挑选ARIs的模型，目前普遍应用的是体外挑选模型。体外挑选模型是先培育糖尿病动物模型即四氧嘧啶（alloxan）诱导模型和链脲佐菌素（streptozotocin，

5、STZ）诱导模型，而后取血，体外测定AR的活性转变，作为评判ARIs的重要指标。测定红细胞中AR活性的方式有分光光度法、荧光法和ELISA法。利用无细胞相水平挑选ARIs是直接用纯化的AR在人工反映体系中测定化合物对AR活性的抑制作用。 应用96孔石英板成功成立的ARIs的微量高效挑选模型，较传统的石英比色皿法效率提高10倍之多，此模型简便易行、本钱低，能够挑选多来源的化合物，而且利用此模型开展了从生物产物中挑选ARIs的工作，已累计挑选真菌和稀有放线菌样品1500个，其中阳性样品6个，说明该模型有效5。闫泉香等6利用体外细胞培育研究了黄酮类ARIs的活性，通过测定样品对红细胞山梨醇生成的阻碍

6、来测定化合物的抑制作用。通过组织贴块法培育大鼠主动脉滑腻肌细胞，高效液相色谱测定反映体系中反映后剩余的醛糖还原酶的辅酶NADPH的荧光强度，推算出反映体系中醛糖还原酶的活性，逆转录聚合酶链式反映（RT PCR）检测醛糖还原酶mRNA的表达，这种方式简便、靠得住，既能够用于高通量ARIs挑选，也可在此模型的基础上进行相关的药物挑选和药物作用机制的研究7。刘英华等8从大鼠晶状体中提取AR，通过改变酶促反映条件最终确立整个反映体系的组成，成立了ARIs挑选模型，并利用此模型检测槲皮素对AR的抑制作用。 3 微生物来源的ARIs ARIs来源要紧有：由化学合成制备，要紧代表有托瑞司他（tolresta

7、t）和依帕司他（epalresta）；从植物挑选取得，代表化合物槲皮素；从微生物挑选取得。从微生物的代谢产物中寻觅有潜在医治价值的药物，一直是科研工作者的首选目标，ARIs也不例外，在这一方面，日本学者做了许多研究，取得了必然的成绩。截止目前，已从微生物产物中挑选出20多种ARIs，而且有的ARIs的IC50值很小，要紧来源于真菌和放线菌，而细菌来源的目前尚没有相关报导。 微生物是化合物多样性的重要来源，它们中许多具有生物活性或药用特性。微生物来源的潜在ARIs种类丰硕，成立ARIs化合物库，分析其构效关系，找到必需基团，可为ARIs化合物提供合成的前体；从目前已分离到的微生物来源的ARIs动

8、身，找出它们共有的特点，也可启发人们设计更高活性的ARIs。以下就最近几年来从微生物来源中所取得的ARIs的种类及活性（体外测定）研究做一归纳的介绍。 最先从微生物中取得ARIs是Nishikawa等9报导的，他们在日本福岗地域土壤中挑选到真菌Chaetomella raphigera，从其发酵液乙酸乙酯部份分离取得WF 3681（2，图2）对兔晶状体AR具有抑制活性，其IC50为mol/L，活性明显高于IC50为mol/L的索比尼尔对照样品；后来合成出WF 3681的一系列衍生物，而且分析了构效关系，实验证明WF 3681及其衍生物均能抑制糖尿病大鼠中的山梨醇积存，其中的一种衍生物（3，图2

9、）成效最好。 从束丝放线菌Actinosynnema sp.和淡紫色拟青霉Paecilomyces lilacinus中都能分离取得苯并噻唑（4，图2），在mol/L时对人胎盘AR有抑制作用。后来，Ozasa等10从Actinosynnema 304菌株的代谢产物中分离纯化取得两种新的物质Thiazocins A和B，这两种物质对人胎盘AR有很强的抑制作用，IC50别离为和mol/L。 Aldostatin（5，图2）是从日本土壤中挑选到的真菌Pseudeurotium zonatum M4107代谢产物，对牛晶状体AR有抑制活性11。后来从灰色腐质霉Humicola grisea的代谢物中挑

10、选到一种Aldostatin结构类似物WF 2421（6，图2），这种类似物对兔晶状体AR有显著的抑制作用，其IC50为mol/L12。 从Crucibulum sp. RF 3817的发酵产物中分离取得对鼠晶状体醛糖还原酶（RLAR）显示较强抑制的活性物质Salfredins A3、A4、A7、C一、C二、C3和B11等7种化合物，其中A4、B11（7、8，图2）活性较高，进一步研究发觉它们都含有一个甘氨酸基团，此基团与抑制活性有紧密相关13。 在青霉属的Penicillium citrinum发酵液中分离取得对RLAR有抑制作用的桔霉素（9，图2）；另外，在另一种青霉属的也分离到对RLAR

11、有抑制作用的化合物DHMI（10，图2），它们的IC50都在10mol/L左右。以这两种化合物为基础的衍生物已被合成和进一步研究，其中之一的dihydrocitrinin（11，图2）是对AR的一种不可逆抑制剂，而且有稳固有效的活性14。最近Lu等15从海洋真菌Penicillium 图2 微生物来源的部份ARIs化学结构式citrinum B 57中也分离到桔霉素衍生物，对RLAR的IC50为mol/L。 Yoshida等16从真菌属的Chaetomella circinoseta代谢产物中分离取得了对RLAR有抑制作用的化合物（12，图2），其IC50为mol/L，成效明显好于IC50为m

12、ol/L的对照组托瑞司它。 从嗜碱棒状杆菌Corynebacterium sp.发酵液中分离取得的YUA001（13，图2）对猪肾AR的抑制活性IC50为10-3mol/L17。强翔等18应用ARIs微量高效挑选模型对数千株阳性菌株进行挑选，其中灰色链霉菌SIPI 99 807的代谢产物5，7 二羟基 3 （4 羟基苯酚） 4氢 1 苯并吡喃 4 酮（14，图2）对牛眼晶状体AR有抑制活性。后来，任晓等19从云南挑选取得N99 253菌株，发酵分离取得了结构类似物质异黄酮类化合物7 （ L 鼠李糖基） 5 羟基 3 （4 羟基苯酚） 4氢 1 苯并吡喃 4 酮（N99 253B）（15，图2）

13、，针对猪晶状体AR活性测定IC50为75g/ml19。 2002年Rao等20从黑曲霉Aspergillus niger CFR W 105菌株代谢产物中分离取得nigerloxin（16，图2），它对RLAR的IC50值为69mol/L。2003年Rao等21又从Aspergillus niger CFR 1046菌株的发酵产物中分离取得asperaldin，对AR显示较强的抑制作用，IC50为27mol/L。 Fujita等22从曲霉Aspergillus 388的发酵液中分离出对人重组体AR（HRAR）呈抑制活性的黄酮类化合物8 羟基黄豆苷元（8 hydroxydaidzein）（17，

14、图2），其IC50为mol/L；对照品为一种经常使用黄酮类物质槲皮素，其IC50为mol/L，活性弱于槲皮素，8 羟基黄豆苷元表现为非竞争性抑制。研究发觉，与8 羟基黄豆苷元结构类似的物质黄豆苷元在100mol/L时对HRAR也不能表现出任何活性，从结构上发觉可能是在环上的邻二羟基决定其是不是有活性。 2005年Dong等23从云南土壤的Streptomyces diannanensis中分离出了两种异黄酮鼠李吡喃糖苷类化合物N99 596A和B（1八、19，图2），它们对AR的体外IC50别离为170和165mol/L。 2006年任晓等24利用高通量ARIs挑选方式，从数千株放线菌和真菌中

15、挑选取得阳性菌株邬氏黄丝曲霉（Talaromyces wortmannii），并从发酵产物中分离取得活性化合物F01 195A（20，图2），其对猪晶状体有抑制作用，IC50为mol/L。Chidananda等从青霉属的Penicillium frequentans发酵液中分离取得一种有效的ARIs核丛青霉素（21，图2），对RLAR的IC50为mol/L，其活性显著高于同一实验室的所发觉的ARIsnigerloxin和asperaldin20，21，25。 最近，有从大型真菌的子实体中抽提分离取得ARIs的报导。Sanghyun等26从灵芝Ganoderma applanatum子实体提取液

16、分离取得7种结构不同的RLAR，依次为D 甘露醇、2 甲基 脂肪酸、单糖脑苷类化合物、胡萝卜甾醇、2，5 二羟基苯乙酮、2，5 二羟基苯甲酸和3，4 二羟基苯甲醛，其中3，4 二羟基苯甲醛活性最强（22，图2），IC50为g/ml，可能成为一种较好的糖尿病并发症的抑制剂和医治剂。Lee等27第一次从平盖灵芝的子实体中分离到一种麦角甾醇过氧化物化合物（ergosterol peroxide）（23，图2），通过测定发觉其对RLAR表现出较好的抑制活性，IC50为g/ml。 4 结语 目前已报导二十多种微生物来源的ARIs，尽管动物实验已证明许多ARIs有抗糖尿病并发症的作用，也挑选出了一些高效的

17、ARIs，但由于此类药物大多项选择择性较差、毒性大，限制了其临床利用。目前这是ARIs新药开发进程中存在的要紧难题，设计出合理高效的挑选模型对挑选高效低毒的ARIs是必不可少的，也是以后研究的一个重点。 我国是一个物种超级丰硕的国家，微生物资源专门丰硕，为ARIs来源提供了普遍而宝贵的条件；微生物具有来源广、种类多的特点，目前人们只分离到自然界现有微生物的1%，未知微生物资源的开发具有广漠的前景。为寻觅新型高效、平安的ARIs，咱们需要开拓视野，从植物内生菌、海洋微生物和极地微生物资源等多方面寻觅冲破口。更多的天然产物中新的醛糖还原酶抑制剂的发觉，和ARIs化合物库的成立也将为通过化学改造取得

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