异羟肟酸类和羟基脲5-脂氧化酶抑制剂研究的进展
作者：张为革 刘百里
单位：张为革(沈阳药科大学制药系，沈阳 110015); 刘百里(沈阳药科大学制药系，沈阳 110015)
关键词：异羟肟酸类化合物；羟基脲类化合物；5-LO抑制剂；构效关系；作用机理
沈阳药科大学学报000122 摘 要：5-脂氧化酶抑制剂是目前药物化学研究的热点之一，本文对异羟肟酸类、羟基脲类5-LO抑制剂及其类似物的发现与发展过程、构效关系研究结果进行了综述.分类号：R914 The Development of 5-Lipoxygenase Inhibitors on HydroxamicAcids and Hydroxyureas Zhang Weige，Liu Baili(Department of Pharmaceutics,Shenyang Pharmaceutical University,Shenyang 110015) Abstract：The 5-lipoxygenase inhibitor is one of the topics of general interest of today's medicinal chemistry reserach.This paper reviewed the development of 5-lipoxygenase inhibitors hydroxamic acids,hydroxyureas,and their analogues，and their discovery,developing history,structure-activity relationships and effecting mechanism.Key words：hydroxamic acids；hydoxyureas;5-lipoxygenase inhibitors;structure-activity relationships;effecting mechanism▲ 人体内的花生四烯酸(arachidonic acid,AA)可经由环氧化酶(cyclooxygenase,CO)、脂氧化酶(lipoxygenase,LO)、环氧化物酶(epoxygenase,EPO)等途径进行氧化代谢.5-LO途径的主要代谢产物为白三烯(leukotrienens,LTs)，包括LTA4、LTB4、LTC4、LTD4、LTE4等.LTB4可促使白细胞的趋化与聚集，引起炎症反应，是重要的炎症介质(inflammatory mediator).LTC4、LTD4、LTE4对血管、支气管组织具有强烈的致痉作用，是过敏性慢反应物质(slow reacting substance of anaphylxis,SRS-A)的主要成分.抑制5-LO活性可减少炎症介质和SRS-A的生成.5-LO抑制剂可用于治疗哮喘、风湿性关节炎、牛皮癣、肾小球肾炎等多种疾病〔1，2〕.5-LO抑制剂的研究始于20世纪70年代末期，其化学结构类型是多种多样的，在此仅介绍异羟肟酸类和羟基脲类5-LO抑制剂研究状况. 1 异羟肟酸类5-LO抑制剂 1.1 A型异羟肟酸类化合物 异羟肟酸类5-LO抑制剂研究的开创性工作是由Corey于1984年完成的〔3〕.在探讨5-LO底物类似物抑酶活性的过程中，考虑到5-LO活性部位存在铁离子这一事实，Corey将常见的金属离子络合基团——异羟肟酸基团引入到AA分子中，得到了具有抑酶活性的化合物(1).在这一研究成果的启发下，Kerdesky合成了AA的5-LO代谢途径第一个产物5-HPETE的异羟肟酸衍生物(2)，并证明它抑制5-LO的活性优于化合物(1)〔4，5〕.上述化合物合成难度大，且分子中非共轭双键易被氧化，因此其实际应用受到了限制. 为了克服化合物(1)、(2)所存在的缺点，1987年Summers等人制备了一系列结构简单的含有芳基的异羟肟酸类化合物，在抑制大鼠嗜碱性白细胞(RBL-1)5-LO活性的实验中，许多化合物表现出较高的活性〔6，7〕.Summers提出了该类化合物抑酶作用原理的假说：在5-LO活性部位的疏水区域中，底物AA的四个双键处于同一平面上，呈C型；C5-C9片段呈W型.在酶的距离C5很近的区域中有一个具有催化功能的非血红素铁离子(见图1).芳基异羟肟酸化合物中的芳基及与芳基共轭的双键是AA中非共轭多烯结构片段的类似物，与酶活性部位疏水区域相契合，异羟肟酸基团则与酶中的铁离子发生络合，导致5-LO失活.图2所示的化合物之共轭体系可与酶疏水区域紧密契合，该化合物抑酶活性较高，IC50为0.95 μM(RBL-1).1990年Summers等报道了异羟肟酸类5-LO抑制剂定量构效关系(QSAR)研究结果〔8〕.从111种异羟肟酸类化合物的研究中得出了QSAR方程，由此方程可以推出以下结论：异羟肟酸C上取代基疏水性增强，该C直接与共轭体系相连，异羟肟酸N上连有甲基等取代基，对提高化合物体外抑酶活性有利. Fig.1 Graphical representation of the arachidonate conformation whenbound to the active site of 5-lipoxygenase Fig.2 Alignment of the compound with arachidonic acid backbone according to the binding hypotheis 前面述及的各种化合物具有一个共同的结构特征：较小基团(H、CH3等)连接在异羟肟酸N上，而较大基团(芳香体系)与异羟肟酸C相连.此类化合物被Summers等称为A型异羟肟酸，化合物1～7见图3. Fig.3 The structures of the compounds 1～7 1.2 B型异羟肟酸类化合物 A型异羟肟酸类化合物在体外抑酶实验中活性良好，而在动物体内实验中活性很小，部分化合物无活性，产生这一现象的原因是A型异羟肟酸化合物在体内会被迅速地代谢为相应的羧酸，失去抑制5-LO的活性.针对这种情况，Summers设计了A型异羟肟酸的异构体，即较大基团连于N上、较小基团连在C上的化合物，并称之为B型异羟肟酸〔9〕.在体外抑酶实验中A型与B型化合物的活性相差不大.而B型化合物在体内比较稳定，有很高的生物利用度，在血液中存在时间较长，是口服有效的5-LO抑制剂.化合物(3)和(4)是同分异构的异羟肟酸类化合物，前者是A型，后者属B型.在体外抑酶实验(RBL-1)中，IC50分别为0.28 μM和0.37 μM.在大鼠腹膜过敏实验中，口服给药，ED50分别为140 μmol/kg(40 mg/kg)和28 μmol/kg(8 mg/kg)〔10，11〕. 化合物(5)为C、N上均连有大基团的异羟肟酸类化合物，在抑制人中性多形核白细胞(human PMN)5-LO活性实验中IC50为0.35 μM〔23〕.值得注意的是Ohemeng等1994年合成的结构对称的含有两个异羟肟酸基团的化合物(6)、(7)，两者分别为A型和B型化合物，在体外实验中均显抑酶活性，在体内实验中B型化合物活性良好.n=4的化合物(7)在RBL-1实验中IC50为270 nM，在小鼠酵母多糖腹膜炎模型中口服给药ED50为1.86 mg/kg.进一步研究表明，双异羟肟酸基团是决定该类化合物高活性的关键，只含有一个异羟肟酸基团的结构类似物活性明显减弱〔13〕. 2 羟基脲类5-LO抑制剂 2.1 N-取代羟基脲类化合物 异羟肟酸相关化合物研究的一个重要进展是发现羟基脲类化合物具有良好的抑制5-LO活性.羟基脲类化合物曾被用作抗白血病药物〔14〕，通常具有水溶性好，体内稳定等优点.羟基脲类5-LO抑制剂的研究工作始于20世纪80年代末期，1989年Summers等报道在抑制RBL-1的5-LO活性实验中，化合物(8)的IC50为0.33 μM〔15〕. 1992年Greco等合成了结构与上述两类化合物不同的一类新型羟基脲衍生物(9)、(10)，其特点是OH基团与连有小基团的N相连.在离子载体A23187刺激的人外周血液白细胞LTB4生成实验中，两者的EC50分别为0.07 μM和0.16 μM；而在小鼠酵母多糖腹膜炎模型中，经口服给药，这两个化合物均无活性.由此可见，将羟基由连有大基团的N原子上调至连有小基团的N原子上，体外抑酶活性依然很高，而在动物体内则活性很低或无活性.这一结果与A型、B型异羟肟酸类化合物的实验结果极为相似〔16〕，化合物8～20见图4. Fig.4 The structures of the compounds 8～20 值得特别提出的是Satoh等在考查色烯羟基脲衍生物5-LO抑制剂构效关系的过程中发现分子大小与抑酶活性之间存在密切联系.在抑制豚鼠PMN的5-HETE合成实验中，R为小基团甲基的化合物(11)和R为大基团苄基的化合物(12)的IC50分别为3.6 μM和0.44 μM，而R为苯基的化合物(13)活性远高于前两者，IC50达0.043 μM.R的微小改变竟可引起抑酶活性如此显著的变化，为了解释这一现象，作者利用晶体X光衍射技术测定了(13)的三维结构，如图5所示，从R基团苯基至连羟基N原子之间的距离为12.238 A，这个长度与Summers等报道的5-LO疏水区域大小刚好相符.化合物(11)疏水基团太小，无法与疏水区域紧密契合；化合物(12)疏水基团过大，进入疏水区域困难，这两种情况均可导致化合物活性下降.分子大小与化合物(13)相近的化合物(14)、(15)IC50为0.043、0.041 μM.而分子较大的化合物(16)、(17)的IC50分别为0.24 μM和4.4 μM.在抑制狗血液中LTB4生成的活体外(ex vivo)实验中，化合物(13)和(18)活性较高，口服0.3 mg/kg，最大抑制率为93%和91%，作用时间长达8.7 h和9.8 h，这两个化合物的生物活性已被深入研究〔17〕. Fig.5 Chem 3D representation of comp.23 determinedby X-ray crystallography 1995年Satoh等在研究1，4-苯并二恶烷羟基脲衍生物抑制5-LO活性构效关系时发现对映异构体(19)、(20)抑酶活性差异明显，在抑制豚鼠PMN 5-LO活性实验中，两者的IC50分别为0.085 μM和0.18 μM，而外消旋体的IC50为0.1 μM.在抑制钙离子载体A 23 187刺激的狗全血LTB4生成的体外实验中，化合物(19)口服剂量1.0 mg/kg，在0.5～3.0 h期间抑制率可达100%，作用时间达8.4 h.口服剂量增至3.0 mg/kg，作用时间延长至19 h〔18〕.2.2 O-取代羟基脲与羟基脲类似物 上述各种5-LO抑制剂均为N取代羟基脲类化合物，1996年Cai等发现O取代羟基脲类化合物(21)是高活性的5-LO抑制剂，在抑制离子载体刺激人全血LTB4合成的实验中IC50为0.078 μM，在小鼠体内实验中亦表现出良好活性〔19〕.某些羟基脲结构类似物也具有抑制5-LO的活性.1992年报道的化合物(22)属苯并二氢咪唑酮类化合物，也可以看作是环状的羟基脲，该化合物在体外实验抑酶活性较好〔20〕.1990年Flynn等合成的化合物(23)为吡咯啉酮衍生物，亦是羟基脲的插烯衍生物，此化合物在大鼠活体外实验中，注射剂量10 mg/kg，5-LO抑制率达100%〔21〕.化合物(24)是Belliotti等于1991年合成的碳酸酯类化合物，系羟基脲的结构近似物，此化合物在体外抑制5-LO活性实验中IC50为0.21 μM〔22〕.1995年Kramer报道的化合物(25)是与2，6-二叔丁基酚基团杂合的羟基硫脲类化合物，该化合物是高活性的5-LO抑制剂〔23〕.羟基脲类似物的研究是一个颇具潜力的探索方向.在羟基脲类5-LO抑制剂中，被研究得最为充分的化合物当属Zileution(26)，该化合物已于1996年在美国上市，用于治疗哮喘，化合物21～26见图6. Fig.6 The structures of the compounds 21～26 3 讨论 纵观异羟肟酸和羟基脲类5-LO抑制剂的发展过程，我们可以清楚地看到“合理的药物设计”(rational drug design)思想始终贯穿其中.异羟肟酸类5-LO抑制剂的先导化合物(Lead compound)是根据酶的结构和作用机理直接设计的；在先导化合物优化过程中，首先根据5-LO结构模型，设计了A型化合物；针对A型化合物体内活性差的弱点，又设计了B型化合物；异羟肟酸类似物研究的重要进展是发现了羟基脲类5-LO抑制剂，该类化合物的结构改造过程与异羟肟酸的改造过程极为相似.羟基脲分子大小以及手性化合物的构型与抑酶活性密切相关，这一结论会对未来的研究工作产生一定的影响. 尽管异羟肟酸和羟基脲类5-LO抑制剂的研究工作已取得了显著成绩，但它的潜力依然是巨大的.通过合成各种结构独特的异羟肟酸和羟基脲类化合物，以计算机分子设计为辅助手段，全面、细致地研究构效关系，有望找到高效、低毒的药物.5-LO抑制剂有二十余种结构类型，将异羟肟酸或羟基脲基团与其他类型化合物的结构片段并合是寻找高活性化合物的有效途径.异羟肟酸和羟基脲类似物的研究起步不久，但已显示良好的发展势头，通过对各种类似物的系统研究完全有可能发现新结构类型的5-LO抑制剂.随着5-LO空间结构和作用机制研究的不断深入，药物设计的合理性也会相应提高，可以预见在今后几年将会有更多结构新颖、活性良好的5-LO抑制剂被发现，为治疗哮喘、关节炎、牛皮癣等顽症提供新的手段.■ 参考文献： [1]Isreal E,Dermarkarian R,Rosenberg M,et al.The effect of a 5-lipoxygenase inhibitors on asthma induced by cold,dry air.N Engl J Med,1990,323(5):1740～1744[2]Weinblatt M,Kremer J,Helfgitt S,et al.A 5-lipoxygenase inhibitor in rheumatoid arthrtis (RA).Arthritis Rheum,1990,33(2):S152[3]Corey EJ,Cashman JR,Kantner SR,et al.Rationally designed,potent competitive inhibitors of leukotriene biosynthesis.J Am Chem Soc,1984,106(5):1503～1504[4]Kerdesky FAH,Holms JH,Schmidt SP,et al.Eicosatetranehydroxamates:inhibitors of 5-lipoxygenase.Tetrahedron Lett,1985,26(18):2143～2146[5]Kerdesky FAH,Schmidt SP,Holms JH,et al.Synthesis and 5-lipoxygenase inhibitroy activity of 5-hydroperoxy-6,8,11,14-eicosaletraenoic acid analogues.J Med Chem,1987,30(7):1177～1186[6]Summer JB,Mazdiyasni H,Holms JH,et al.Hydroxamic acid inhibitors of 5-lipoxygenase.J Med Chem,1987,30(3):574～580[7]Summer JB,Gunn BP,Mazdiyasni H,et al.In vivo characterization of hydroxamic acid inhibitors of 5-lipoxygenase.J Med Chem,1987,30(1):2121～2126[8]Summers JB,Kim KH,Mazdiyasni H,et al.Hydroxamic acid inhibitors of 5-lipoxygenase:quantitative structure relationships.J Med Chem,1990,33(3):992～998[9]Summers JB,Gunn BP,Martin JG,et al.Orally active hydroxamic acid inhibitors of leukotriene biosynthesis.J Med Chem，1988,3(1):3～5[10]Jackson WP,Islip PJ,Kneen G,et al.Acetohydroxamic acid as potent,selective,orally active 5-lipoxygenase inhibitors.J Med Chem,1998,31(3):499～500[11]Summers JB,Gunn BP,Martin JG,et al.Structure-activity analysis of aclass of orally active hydroxamic acid inhibitors of leukotrience biosynthesis.J Med Chem,1988,31(10):1960～1964[12]Huang F,Shoupe TS,Lin CJ,et al.Differential effects of a series of hyhydroxamic acid derivatives on 5-lipoxygenase and cyclooxygenase from neutrophils and 12-lipoxygenase from platelets and their in vivo effects on inflammatory and anaphylaxis.J Med Chem,1989,32(8):1863～1842[13]Ohemeng KA,Ngugan VN,Schwenda CF,et al.Novel bishydroxamic acid as 5-lipoxygenase inhibitors.Bioorg Med Chem Lett,1994,2(3):187～193[14]韩锐.白血病治疗.北京：科学出版社，1992.75[15]Summers JB,Stewart AO,Brooks DW.Preparation of urea based lipoxygenase inhibiting compounds.Eur Pat Appl.EP 292699.1988-11-30[16]Greco MN,Hageman WE,Powell ET,et al.Benzothiazole hydroxy ureas as inhibitors of 5-lipoxygenase:use of the hydroxyurea moiety as a replacement for hydroxamic acid.J Med Chem,1992,35(17):3180～3183[17]Satoh Y,Stantor JL,Hutchison AJ,et al.Substituted chromenes as potent,orally active 5-lipoxygenase inhibitors.J Med Chem,1993,36(23):3580～3594[18]Satoh Y,Power C,Toledo LM,et al.Derivatives of 2-{〔N-(aminocarbonyl)-N-hydroxyaminol〕methyl}-1,4-benzodioxan as orally active 5-lipoxygenase inhibitors.J Med Chem,1995,38(1):68～75[19]Cai X,Grewal G,Hussoin S,et al.Preparation of 2-arylterahydrothiophene and tetrahydrofuran derivatives And analogues for treatment of cardiovascular,inflammatory,and immune disorders.PCT Int Appl,WO 9600212.1996-01-04[20]吉田明，小田晃造，笠井隆.N-ジフエニルメチルビベラジン诱导体.日本公开特许公报，JP 04 368374.1992-12-21[21]Flynn GA,Beight DW.Preparation of 1,5-dihydro-4-(N-methyl hydroxylamino)-2H-pyrrol 2-ones as 5-lipoxygenase inhibitor.Eur Pat Appl.EP409163.1991-01-23[22]Belliotti TR,Kostlan CR.Preparation of fenamic acid methyl hydroxamate derivatives as Cyclooxygenase and 5-lipoxyenase inhibitor.U S patent,US5017604.1991-05-21[23]Kramer JB.3,5-Di-tertiaryl-butyl-4-hydroxyphenyloxy-or-thioalkylene N-hydroxythio-urea,N-hydroxythioamides,N-hydroxyureas,and N-hydroxythiourea as 5-lipoxygenase inhibitors.U S patent,US5442111.1995-05-20 收稿日期：1999-04-16, http://www.100md.com
单位：张为革(沈阳药科大学制药系，沈阳 110015); 刘百里(沈阳药科大学制药系，沈阳 110015)
关键词：异羟肟酸类化合物；羟基脲类化合物；5-LO抑制剂；构效关系；作用机理
沈阳药科大学学报000122 摘 要：5-脂氧化酶抑制剂是目前药物化学研究的热点之一，本文对异羟肟酸类、羟基脲类5-LO抑制剂及其类似物的发现与发展过程、构效关系研究结果进行了综述.分类号：R914 The Development of 5-Lipoxygenase Inhibitors on HydroxamicAcids and Hydroxyureas Zhang Weige，Liu Baili(Department of Pharmaceutics,Shenyang Pharmaceutical University,Shenyang 110015) Abstract：The 5-lipoxygenase inhibitor is one of the topics of general interest of today's medicinal chemistry reserach.This paper reviewed the development of 5-lipoxygenase inhibitors hydroxamic acids,hydroxyureas,and their analogues，and their discovery,developing history,structure-activity relationships and effecting mechanism.Key words：hydroxamic acids；hydoxyureas;5-lipoxygenase inhibitors;structure-activity relationships;effecting mechanism▲ 人体内的花生四烯酸(arachidonic acid,AA)可经由环氧化酶(cyclooxygenase,CO)、脂氧化酶(lipoxygenase,LO)、环氧化物酶(epoxygenase,EPO)等途径进行氧化代谢.5-LO途径的主要代谢产物为白三烯(leukotrienens,LTs)，包括LTA4、LTB4、LTC4、LTD4、LTE4等.LTB4可促使白细胞的趋化与聚集，引起炎症反应，是重要的炎症介质(inflammatory mediator).LTC4、LTD4、LTE4对血管、支气管组织具有强烈的致痉作用，是过敏性慢反应物质(slow reacting substance of anaphylxis,SRS-A)的主要成分.抑制5-LO活性可减少炎症介质和SRS-A的生成.5-LO抑制剂可用于治疗哮喘、风湿性关节炎、牛皮癣、肾小球肾炎等多种疾病〔1，2〕.5-LO抑制剂的研究始于20世纪70年代末期，其化学结构类型是多种多样的，在此仅介绍异羟肟酸类和羟基脲类5-LO抑制剂研究状况. 1 异羟肟酸类5-LO抑制剂 1.1 A型异羟肟酸类化合物 异羟肟酸类5-LO抑制剂研究的开创性工作是由Corey于1984年完成的〔3〕.在探讨5-LO底物类似物抑酶活性的过程中，考虑到5-LO活性部位存在铁离子这一事实，Corey将常见的金属离子络合基团——异羟肟酸基团引入到AA分子中，得到了具有抑酶活性的化合物(1).在这一研究成果的启发下，Kerdesky合成了AA的5-LO代谢途径第一个产物5-HPETE的异羟肟酸衍生物(2)，并证明它抑制5-LO的活性优于化合物(1)〔4，5〕.上述化合物合成难度大，且分子中非共轭双键易被氧化，因此其实际应用受到了限制. 为了克服化合物(1)、(2)所存在的缺点，1987年Summers等人制备了一系列结构简单的含有芳基的异羟肟酸类化合物，在抑制大鼠嗜碱性白细胞(RBL-1)5-LO活性的实验中，许多化合物表现出较高的活性〔6，7〕.Summers提出了该类化合物抑酶作用原理的假说：在5-LO活性部位的疏水区域中，底物AA的四个双键处于同一平面上，呈C型；C5-C9片段呈W型.在酶的距离C5很近的区域中有一个具有催化功能的非血红素铁离子(见图1).芳基异羟肟酸化合物中的芳基及与芳基共轭的双键是AA中非共轭多烯结构片段的类似物，与酶活性部位疏水区域相契合，异羟肟酸基团则与酶中的铁离子发生络合，导致5-LO失活.图2所示的化合物之共轭体系可与酶疏水区域紧密契合，该化合物抑酶活性较高，IC50为0.95 μM(RBL-1).1990年Summers等报道了异羟肟酸类5-LO抑制剂定量构效关系(QSAR)研究结果〔8〕.从111种异羟肟酸类化合物的研究中得出了QSAR方程，由此方程可以推出以下结论：异羟肟酸C上取代基疏水性增强，该C直接与共轭体系相连，异羟肟酸N上连有甲基等取代基，对提高化合物体外抑酶活性有利. Fig.1 Graphical representation of the arachidonate conformation whenbound to the active site of 5-lipoxygenase Fig.2 Alignment of the compound with arachidonic acid backbone according to the binding hypotheis 前面述及的各种化合物具有一个共同的结构特征：较小基团(H、CH3等)连接在异羟肟酸N上，而较大基团(芳香体系)与异羟肟酸C相连.此类化合物被Summers等称为A型异羟肟酸，化合物1～7见图3. Fig.3 The structures of the compounds 1～7 1.2 B型异羟肟酸类化合物 A型异羟肟酸类化合物在体外抑酶实验中活性良好，而在动物体内实验中活性很小，部分化合物无活性，产生这一现象的原因是A型异羟肟酸化合物在体内会被迅速地代谢为相应的羧酸，失去抑制5-LO的活性.针对这种情况，Summers设计了A型异羟肟酸的异构体，即较大基团连于N上、较小基团连在C上的化合物，并称之为B型异羟肟酸〔9〕.在体外抑酶实验中A型与B型化合物的活性相差不大.而B型化合物在体内比较稳定，有很高的生物利用度，在血液中存在时间较长，是口服有效的5-LO抑制剂.化合物(3)和(4)是同分异构的异羟肟酸类化合物，前者是A型，后者属B型.在体外抑酶实验(RBL-1)中，IC50分别为0.28 μM和0.37 μM.在大鼠腹膜过敏实验中，口服给药，ED50分别为140 μmol/kg(40 mg/kg)和28 μmol/kg(8 mg/kg)〔10，11〕. 化合物(5)为C、N上均连有大基团的异羟肟酸类化合物，在抑制人中性多形核白细胞(human PMN)5-LO活性实验中IC50为0.35 μM〔23〕.值得注意的是Ohemeng等1994年合成的结构对称的含有两个异羟肟酸基团的化合物(6)、(7)，两者分别为A型和B型化合物，在体外实验中均显抑酶活性，在体内实验中B型化合物活性良好.n=4的化合物(7)在RBL-1实验中IC50为270 nM，在小鼠酵母多糖腹膜炎模型中口服给药ED50为1.86 mg/kg.进一步研究表明，双异羟肟酸基团是决定该类化合物高活性的关键，只含有一个异羟肟酸基团的结构类似物活性明显减弱〔13〕. 2 羟基脲类5-LO抑制剂 2.1 N-取代羟基脲类化合物 异羟肟酸相关化合物研究的一个重要进展是发现羟基脲类化合物具有良好的抑制5-LO活性.羟基脲类化合物曾被用作抗白血病药物〔14〕，通常具有水溶性好，体内稳定等优点.羟基脲类5-LO抑制剂的研究工作始于20世纪80年代末期，1989年Summers等报道在抑制RBL-1的5-LO活性实验中，化合物(8)的IC50为0.33 μM〔15〕. 1992年Greco等合成了结构与上述两类化合物不同的一类新型羟基脲衍生物(9)、(10)，其特点是OH基团与连有小基团的N相连.在离子载体A23187刺激的人外周血液白细胞LTB4生成实验中，两者的EC50分别为0.07 μM和0.16 μM；而在小鼠酵母多糖腹膜炎模型中，经口服给药，这两个化合物均无活性.由此可见，将羟基由连有大基团的N原子上调至连有小基团的N原子上，体外抑酶活性依然很高，而在动物体内则活性很低或无活性.这一结果与A型、B型异羟肟酸类化合物的实验结果极为相似〔16〕，化合物8～20见图4. Fig.4 The structures of the compounds 8～20 值得特别提出的是Satoh等在考查色烯羟基脲衍生物5-LO抑制剂构效关系的过程中发现分子大小与抑酶活性之间存在密切联系.在抑制豚鼠PMN的5-HETE合成实验中，R为小基团甲基的化合物(11)和R为大基团苄基的化合物(12)的IC50分别为3.6 μM和0.44 μM，而R为苯基的化合物(13)活性远高于前两者，IC50达0.043 μM.R的微小改变竟可引起抑酶活性如此显著的变化，为了解释这一现象，作者利用晶体X光衍射技术测定了(13)的三维结构，如图5所示，从R基团苯基至连羟基N原子之间的距离为12.238 A，这个长度与Summers等报道的5-LO疏水区域大小刚好相符.化合物(11)疏水基团太小，无法与疏水区域紧密契合；化合物(12)疏水基团过大，进入疏水区域困难，这两种情况均可导致化合物活性下降.分子大小与化合物(13)相近的化合物(14)、(15)IC50为0.043、0.041 μM.而分子较大的化合物(16)、(17)的IC50分别为0.24 μM和4.4 μM.在抑制狗血液中LTB4生成的活体外(ex vivo)实验中，化合物(13)和(18)活性较高，口服0.3 mg/kg，最大抑制率为93%和91%，作用时间长达8.7 h和9.8 h，这两个化合物的生物活性已被深入研究〔17〕. Fig.5 Chem 3D representation of comp.23 determinedby X-ray crystallography 1995年Satoh等在研究1，4-苯并二恶烷羟基脲衍生物抑制5-LO活性构效关系时发现对映异构体(19)、(20)抑酶活性差异明显，在抑制豚鼠PMN 5-LO活性实验中，两者的IC50分别为0.085 μM和0.18 μM，而外消旋体的IC50为0.1 μM.在抑制钙离子载体A 23 187刺激的狗全血LTB4生成的体外实验中，化合物(19)口服剂量1.0 mg/kg，在0.5～3.0 h期间抑制率可达100%，作用时间达8.4 h.口服剂量增至3.0 mg/kg，作用时间延长至19 h〔18〕.2.2 O-取代羟基脲与羟基脲类似物 上述各种5-LO抑制剂均为N取代羟基脲类化合物，1996年Cai等发现O取代羟基脲类化合物(21)是高活性的5-LO抑制剂，在抑制离子载体刺激人全血LTB4合成的实验中IC50为0.078 μM，在小鼠体内实验中亦表现出良好活性〔19〕.某些羟基脲结构类似物也具有抑制5-LO的活性.1992年报道的化合物(22)属苯并二氢咪唑酮类化合物，也可以看作是环状的羟基脲，该化合物在体外实验抑酶活性较好〔20〕.1990年Flynn等合成的化合物(23)为吡咯啉酮衍生物，亦是羟基脲的插烯衍生物，此化合物在大鼠活体外实验中，注射剂量10 mg/kg，5-LO抑制率达100%〔21〕.化合物(24)是Belliotti等于1991年合成的碳酸酯类化合物，系羟基脲的结构近似物，此化合物在体外抑制5-LO活性实验中IC50为0.21 μM〔22〕.1995年Kramer报道的化合物(25)是与2，6-二叔丁基酚基团杂合的羟基硫脲类化合物，该化合物是高活性的5-LO抑制剂〔23〕.羟基脲类似物的研究是一个颇具潜力的探索方向.在羟基脲类5-LO抑制剂中，被研究得最为充分的化合物当属Zileution(26)，该化合物已于1996年在美国上市，用于治疗哮喘，化合物21～26见图6. Fig.6 The structures of the compounds 21～26 3 讨论 纵观异羟肟酸和羟基脲类5-LO抑制剂的发展过程，我们可以清楚地看到“合理的药物设计”(rational drug design)思想始终贯穿其中.异羟肟酸类5-LO抑制剂的先导化合物(Lead compound)是根据酶的结构和作用机理直接设计的；在先导化合物优化过程中，首先根据5-LO结构模型，设计了A型化合物；针对A型化合物体内活性差的弱点，又设计了B型化合物；异羟肟酸类似物研究的重要进展是发现了羟基脲类5-LO抑制剂，该类化合物的结构改造过程与异羟肟酸的改造过程极为相似.羟基脲分子大小以及手性化合物的构型与抑酶活性密切相关，这一结论会对未来的研究工作产生一定的影响. 尽管异羟肟酸和羟基脲类5-LO抑制剂的研究工作已取得了显著成绩，但它的潜力依然是巨大的.通过合成各种结构独特的异羟肟酸和羟基脲类化合物，以计算机分子设计为辅助手段，全面、细致地研究构效关系，有望找到高效、低毒的药物.5-LO抑制剂有二十余种结构类型，将异羟肟酸或羟基脲基团与其他类型化合物的结构片段并合是寻找高活性化合物的有效途径.异羟肟酸和羟基脲类似物的研究起步不久，但已显示良好的发展势头，通过对各种类似物的系统研究完全有可能发现新结构类型的5-LO抑制剂.随着5-LO空间结构和作用机制研究的不断深入，药物设计的合理性也会相应提高，可以预见在今后几年将会有更多结构新颖、活性良好的5-LO抑制剂被发现，为治疗哮喘、关节炎、牛皮癣等顽症提供新的手段.■ 参考文献： [1]Isreal E,Dermarkarian R,Rosenberg M,et al.The effect of a 5-lipoxygenase inhibitors on asthma induced by cold,dry air.N Engl J Med,1990,323(5):1740～1744[2]Weinblatt M,Kremer J,Helfgitt S,et al.A 5-lipoxygenase inhibitor in rheumatoid arthrtis (RA).Arthritis Rheum,1990,33(2):S152[3]Corey EJ,Cashman JR,Kantner SR,et al.Rationally designed,potent competitive inhibitors of leukotriene biosynthesis.J Am Chem Soc,1984,106(5):1503～1504[4]Kerdesky FAH,Holms JH,Schmidt SP,et al.Eicosatetranehydroxamates:inhibitors of 5-lipoxygenase.Tetrahedron Lett,1985,26(18):2143～2146[5]Kerdesky FAH,Schmidt SP,Holms JH,et al.Synthesis and 5-lipoxygenase inhibitroy activity of 5-hydroperoxy-6,8,11,14-eicosaletraenoic acid analogues.J Med Chem,1987,30(7):1177～1186[6]Summer JB,Mazdiyasni H,Holms JH,et al.Hydroxamic acid inhibitors of 5-lipoxygenase.J Med Chem,1987,30(3):574～580[7]Summer JB,Gunn BP,Mazdiyasni H,et al.In vivo characterization of hydroxamic acid inhibitors of 5-lipoxygenase.J Med Chem,1987,30(1):2121～2126[8]Summers JB,Kim KH,Mazdiyasni H,et al.Hydroxamic acid inhibitors of 5-lipoxygenase:quantitative structure relationships.J Med Chem,1990,33(3):992～998[9]Summers JB,Gunn BP,Martin JG,et al.Orally active hydroxamic acid inhibitors of leukotriene biosynthesis.J Med Chem，1988,3(1):3～5[10]Jackson WP,Islip PJ,Kneen G,et al.Acetohydroxamic acid as potent,selective,orally active 5-lipoxygenase inhibitors.J Med Chem,1998,31(3):499～500[11]Summers JB,Gunn BP,Martin JG,et al.Structure-activity analysis of aclass of orally active hydroxamic acid inhibitors of leukotrience biosynthesis.J Med Chem,1988,31(10):1960～1964[12]Huang F,Shoupe TS,Lin CJ,et al.Differential effects of a series of hyhydroxamic acid derivatives on 5-lipoxygenase and cyclooxygenase from neutrophils and 12-lipoxygenase from platelets and their in vivo effects on inflammatory and anaphylaxis.J Med Chem,1989,32(8):1863～1842[13]Ohemeng KA,Ngugan VN,Schwenda CF,et al.Novel bishydroxamic acid as 5-lipoxygenase inhibitors.Bioorg Med Chem Lett,1994,2(3):187～193[14]韩锐.白血病治疗.北京：科学出版社，1992.75[15]Summers JB,Stewart AO,Brooks DW.Preparation of urea based lipoxygenase inhibiting compounds.Eur Pat Appl.EP 292699.1988-11-30[16]Greco MN,Hageman WE,Powell ET,et al.Benzothiazole hydroxy ureas as inhibitors of 5-lipoxygenase:use of the hydroxyurea moiety as a replacement for hydroxamic acid.J Med Chem,1992,35(17):3180～3183[17]Satoh Y,Stantor JL,Hutchison AJ,et al.Substituted chromenes as potent,orally active 5-lipoxygenase inhibitors.J Med Chem,1993,36(23):3580～3594[18]Satoh Y,Power C,Toledo LM,et al.Derivatives of 2-{〔N-(aminocarbonyl)-N-hydroxyaminol〕methyl}-1,4-benzodioxan as orally active 5-lipoxygenase inhibitors.J Med Chem,1995,38(1):68～75[19]Cai X,Grewal G,Hussoin S,et al.Preparation of 2-arylterahydrothiophene and tetrahydrofuran derivatives And analogues for treatment of cardiovascular,inflammatory,and immune disorders.PCT Int Appl,WO 9600212.1996-01-04[20]吉田明，小田晃造，笠井隆.N-ジフエニルメチルビベラジン诱导体.日本公开特许公报，JP 04 368374.1992-12-21[21]Flynn GA,Beight DW.Preparation of 1,5-dihydro-4-(N-methyl hydroxylamino)-2H-pyrrol 2-ones as 5-lipoxygenase inhibitor.Eur Pat Appl.EP409163.1991-01-23[22]Belliotti TR,Kostlan CR.Preparation of fenamic acid methyl hydroxamate derivatives as Cyclooxygenase and 5-lipoxyenase inhibitor.U S patent,US5017604.1991-05-21[23]Kramer JB.3,5-Di-tertiaryl-butyl-4-hydroxyphenyloxy-or-thioalkylene N-hydroxythio-urea,N-hydroxythioamides,N-hydroxyureas,and N-hydroxythiourea as 5-lipoxygenase inhibitors.U S patent,US5442111.1995-05-20 收稿日期：1999-04-16, http://www.100md.com