酪氨酸酶抑制剂的研究进展

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  摘要:目的:酪氨酸酶(EC 1.14.18.1.PPO)是一种含铜的氧化酶,是生物体合成黑色素的关键酶。其活性与人的色素障碍性疾病及恶性黑色素肿瘤密切相关,也与果蔬褐化、昆虫表皮鞣化有重要关系。酪氨酸酶抑制剂用途广泛,其研究成为近年来国内外研究热点。现对酪氨酸酶抑制剂对酪氨酸酶的抑制作用和构效关系进行综述。
  关键词:酪氨酸酶;抑制剂;抑制机理;构效关系
  【中图分类号】 R914 【文献标识码】A【文章编号】1002-3763(2014)02-0016-02
  酪氨酸酶(EC 1.14.18.1,Tyrosinase)是一种含铜的金属酶,广泛存在于人体、动植物及微生物中。酪氨酸酶具有独特的双重催化功能,是生物体内黑色素合成的关键酶,参与决定哺乳动物皮肤、毛发的颜色,与人的衰老,昆虫的伤口愈合与发育,果蔬的褐变有密切关系 。酪氨酸酶抑制剂除治疗色素障碍性皮肤病外,已被用于果蔬保鲜、化妆品中的增白剂、生物农药的杀虫剂添加物。本文就酪氨酸酶抑制剂的发展、抑制机理及构效关系等方面做一综述。
  酪氨酸酶概况
  在植物中,酪氨酸酶称为多酚氧化酶;在昆虫中,则称为酚氧化酶;在微生物和人体中,才称为酪氨酸酶。酪氨酸酶是一种以Cu2+为辅助因子的金属酶,每一个亚基含2个金属铜离子,2个铜离子分别与蛋白质分子中2个平展的组氨酸和1个弱的直立组氨酸配体结合,另有1个内源桥基将2个铜离子联系在一起,构成酪氨酸酶催化氧化反应活性中心,酪氨酸等底物与酶形成过渡态络合物时,主要是羟基与酶的活性中心上的原子键合而发生作用。在催化过程中,由于酪氨酸酶的复杂的存在形态,从而存在相对较多的构象不同的底物与其结合[1]。这也许是酪氨酸酶抑制剂结构多样的原因。
  酪氨酸酶兼有加氧酶和氧化酶的双重功能,在黑色素合成过程中起关键作用。它能够催化单酚羟化成二酚,并把二酚氧化成醌;醌在非酶促条件下形成最终的反应产物黑色素。酪氨酸酶作为黑色素合成的关键酶,其异常过量表达可导致人体的色素沉着性疾病如黑色素瘤,色斑,这种疾病属于多发病,因此酪氨酸酶抑制剂在医学上具有重要的价值。
  2.酪氨酸酶抑制剂
  2. 1 已知结构的酪氨酸酶抑制剂及其构效关系
  2.1.1 化学及微生物来源的抑制剂
  氢醌是早期使用的脱色剂之一。氢醌作用于酪氨酸酶组成氨基酸,使其失活,属于混合型抑制剂。氢醌在酪氨酸酶作用下被氧化成有毒性的半醌基物质,使黑素细胞胞膜脂质发生氧化,导致细胞膜结构破坏,引起细胞死亡后来发现氢醌的细胞毒性很高,研究表明其有致癌的可能,现已逐渐停用。
  1907年,受酿造酱油的操作工人白于常人的手启发,从溜曲霉中分离出曲酸。曲酸的作用机制是通过与酪氨酸酶上作为辅酶的铜嵌合,从而达到抑制效果。但曲酸口服有致癌性,长期使用可增加卵巢细胞染色体畸变的概率。
  还有含汞制剂,过氧化氢等,都是毒性较大的物质,这促使人们转向从植物或微生物中寻找天然安全高效的酪氨酸酶抑制剂,并应用于临床。
  2.1.2 植物中分离的到的酪氨酸酶抑制剂
  1988年,日本学者Akiu等从杜鹃花科植物熊果的叶中分离到一种具有脱色作用的单体物质熊果苷,而其对酪氨酸酶出色的抑制活性和低毒性被人们所乐于接受。自此从植物分离天然酪氨酸酶抑制剂得到人们的普遍关注。
  近年来从植物中分离得到的酪氨酸酶抑制剂种类繁多,包括糖苷类,黄酮类,苯丙素类,皂苷类,多糖等,几乎涉及到所有已知的种类。
  2.1.2.1 羧酸类
  美国伯克利大学的Kubo教授一直致力于酪氨酸酶抑制剂的研究。1994年从漆树科植物腰果Anaceardium occidentale L.的果实中提取了5-[8(z),11(z),14-pentadecatrieny1]resorcinol和6-[8(z),11(z),14-pentadecatrieny1] salicylic acid
  都竞争性抑制蘑菇酪氨酸酶对L—DOPA的氧化。与苯甲酸结构相近的水杨酸近来也发现对酪氨酸酶有抑制作用。厦门大学的陈清西教授研究了十个包括水杨酸在内的水杨酸家族化合物,结果发现4-甲基水杨酸的抑制活性最高,其IC50为1.65mmol。其抑制活性大小的排序为:4-甲基水杨酸〉5-甲基水杨酸〉4-甲氧基水杨酸〉水杨酸。
  构效关系的研究表明当水杨酸的苯环上4位有甲基或甲氧基取代时,其抑制酪氨酸酶的能力就增加;同时,烷基取代位置的不同,可导致化合物抑制类型发生改变:当烷基在邻位和间位取代时,化合物的抑制类型是混合型的;而当烷基取代基团在羧基的对位时,化合物是酪氨酸酶的反竞争型抑制剂;而4-烷基取代苯甲酸化合物随着对位烷基碳链长度的增加,该类化合物对酪氨酸酶的抑制活性增强,当取代烷基碳链长度为8个碳时,对酶的抑制活性最强[2]。
  2.1.2.2 苯丙素类
  1999年Kubo的研究小组又从新鲜的人参叶甲醇提取物中分离到对羟基肉桂酸(p-Coumaric acid)也是一个酪氨酸酶抑制剂,属于混合型抑制,与苯甲酸一样属于类似氢醌的抑制剂。同时还从 T. michuacana var longifolia 的干燥花中分离到Methyl coumarate,与对羟基肉桂酸,肉桂酸(Cinnamic acid),对甲氧基桂皮酸(p-Methoxycinnamic acid),肉桂醛(Cinnamaldehyde)及对甲氧基肉桂醛(p-Methoxycinnamaldehyde)一起进行研究,结果表明对甲氧基桂皮酸抑制作用最强,IC50为0.27mmol。构效关系研究表明对位的羟基是抑制活性的关键基团,这跟羟基苯甲酸的情况相同,当羟基处在对位时,化合物抑制活性大大提高。   2.1.3
  1,2-二苯乙烯类衍生物
  从葡萄等植物中提取的白藜芦醇,因其具有多种生物活性和药理作用,如抗肿瘤、抗突变、抗炎、抗血栓、抗高血脂及抗脂质过氧化等,因而在心血管疾病方面有很好的优势。而后又发现白藜芦醇对酪氨酸酶也有很强的抑制活性。很快从桑Morus alba分离出了氧化白藜芦醇(Oxyresveratrol),其与白藜芦醇的母核结构都是1,2-二苯乙烯(Stilbene,芪)。白藜芦醇的IC50为10.8mol,氧化白藜芦醇的IC50低至1mol,均是很强的酪氨酸酶抑制剂。对它们的衍生物及多聚物的研究表明,在1,2-二苯乙烯衍生物的结构核上取代基的性质、位置、数目对酪氨酸酶的抑制强度有直接的关系;当只有一个羟基取代基时,该羟基芪没有抑制酪氨酸酶的活性;当结构中有两个羟基时,对酪氨酸酶的抑制活性显著增强;带有羟基取代基的比带有甲氧基的芪化合物抑制酪氨酸酶的活性更强;反式芪才有很强的抑制活性,而且化合物结构中烯烃结构的存在对于化合物抑制酪氨酸酶活性是必要的。
  2.1.4 黄酮类
  韩国学者筛选了10种朝鲜传统的茶叶对酪氨酸酶的抑制作用,绿茶的作用最强,其活性最强的成分为(-)-表儿茶素-3-O-没食子酸盐(ECG)、(+)-没食子酸儿茶素-3-0-没食子酸盐GCG和(-)-表没食子酸儿茶素-3-O-没食子酸盐(EGCG)。所有的儿茶素没食子酸盐均具有活性点。研究表明抑制作用不仅是没食子酸的部分,这些黄酮水解后游离的3-羟基对黄酮醇的螯合能力是必须的。但是,从苦参Sophora flavescens的根部甲醇提取物中提取出三个黄酮类化合物,这些黄酮类化合物甚至强于曲酸的抑制强度。这三个化合物sophoraflavanone G, kuraridin以及 kurarinone的黄酮母核上都有一个异戊二烯基,类似于间苯二酚的结构,说明3-位不是黄酮类具有抑制活性所必须的,而间苯二酚的结构对于该类化合物的抑制活性具有重要的影响。但是从Garcinia kola的种子中用高速逆流色谱分离得到的母核为biflavonoid型的5种黄酮,其中的GB-2是5个黄酮中对酪氨酸酶抑制活性最好的,其抑制活性也强于同等条件下测得的曲酸[3]。这也为重新认识黄酮的构效关系提供了依据。
  2.1.5 皂苷类
  这类成分是2006年才发现的对于酪氨酸酶有作用的成分。Mahmud等从Astragalus(leguminwseae,豆科)中分离得到八个环木菠萝烷型甾体皂苷(cycloartane glycosides),以及从Bryoniq melanocarpa (Cucurbitaceae,葫芦科)得到一个葫芦烷型甾体皂苷及其苷元。九个化合物中的六个具有很好的酪氨酸酶抑制活性,其中以askendoside B(属于环木菠萝烷型甾体皂苷)的抑制活性最好,它的IC50为13.95?mol。他们也是第一个报道关于环木菠萝烷型甾体皂苷酪氨酸酶活性的研究小组,于已发现的有酪氨酸酶活性的化合物相比,这些皂苷属于全新的分子结构。由于皂苷结构复杂他们简单探索了上述化合物的构效关系,发现从Bryoniq melanocarpa得到的Bryoamaride相比其苷元(Cucurbitacin L)来说在对酪氨酸酶的影响上好的太多:Cucurbitacin L没有明显的活性,而Bryoamaride的IC50为85.01mol。其他八个化合物中五个与Cycloalpioside D的苷元骨架相同,总体说来都是糖配基越多,其抑制酪氨酸酶的活性越强。
  2.1.6 其他
  还有文献报道,从石榴Punica granatum果皮中使用sephadex G100纯化的多糖成分(含1%蛋白质)有很好的抑制酪氨酸酶的活性,在浓度为10g/ml时可以抑制43%的酪氨酸酶。同时石榴多糖还有优良的清除自由基活性。
  2. 2 中药提取物的酪氨酸酶抑制剂
  近年来,很多中药提取物被证明具有良好的抑制酪氨酸酶的作用。
  徐鹏等考察了27味中药醇提物对酪氨酸酶体外活性的影响,结果表明生药浓度达到2mg/ml时,红花、杨梅叶、黄芩和绿茶相对抗坏血酸(维生素C)的酪氨酸酶抑制率分别达到128.62%、83.64%、79.65%和66.48%。
  甘草提取物对酪氨酸酶也有抑制作用,沈钧等测得的物对单酚酶和双酚酶均有一定的抑制作用。
  高山红景天,已经证明具有良好的抗氧化药效,对酪氨酸酶抑制呈可逆的非竞争性抑制,与其浓度呈线性关系,浓度为6.0g/l时抑制率达80%。
  再如桂园新鲜果实的提取物 [4],桂园种子的提取物抑制酪氨酸酶的半数抑制率值有约3mg/ml。以上还都具有良好的抗自由基的功效。
  3.结语
  这些研究开发了中药的新用途及新的研究方向,也为人们提供了新的思路与着眼点去开发酪氨酸酶抑制剂。天然的酪氨酸酶抑制剂可能是一种替代目前应用的非天然酪氨酸酶抑制剂的先导化合物的良好来源,从中药中寻找天然抑制剂的研究将随着医药、化工和食品工业等领域的发展而不断深入。
  参考文献:
  [1] 陈清西,宋康康. 酪氨酸酶的研究进展. 厦门大学学报:自然科学版,2007,45(5):731-737
  [2] Xiao-Hong Huang a, Qing-Xi Chen b, Qin Wang b, Kang-Kang Song b, Jun Wang b, Li Sha a, Xiong Guan. Inhibition of the activity of mushroom tyrosinase by alkylbenzoic acids. Food Chemistry,2006, 94 : 1–6
  [3] Christopher Okunji, Slavko Komarnytsky, Georgie Fear, Alexander Poulev, David M.Ribnicky, Peter I.Awachie, Yoichiro Ito, Ilya Raskin. Preparative isolation and identification of tyrosinase inhibitors from the seeds of Garcinia kola by high-speed counter chromatography. Journal of Chromatography A, 2007,1151: 45-50
  [4] Nuchanart Rangkadilok, Somkid Sitthimonchai, Luksamee Worasuttayangkurn, Chulabhorn Mahidol, Mathuros Ruchirawat, Jutamaad Satayavivad. Evaluation of free radical scavenging and antityrosinase activities of standardized longan fruit extract. Food and Chemical Toxicology,2007,45:328-336
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