醛糖还原酶抑制剂的作用原理和应用盛凯丽（浙江工业大学药学院生物制药1001班 201018360314）摘要：糖尿病慢性并发症的发生和恶化与糖代谢多元醇通路异常有关，醛糖还原酶是此多元醇通路中的关键限速酶。
因此，醛糖还原酶抑制剂成为公认的预防、改善和治疗糖尿病并发症的有效对策。
一．醛糖还原酶抑制剂及其作用：它是抑制醛糖还原酶（EC1,1,1,21）活性的化合物。
（醛糖还原酶是哺乳动物体内催化葡萄糖向山梨醇的转化的一种酶，这个过程是糖尿病并发症如白内障和神经疾病的主要起因。
）醛糖还原酶抑制剂可有效抑制糖尿病病人许多器官中山梨醇含量的异常升高，因此这类抑制剂，如Thiazocin A和B等可作为糖尿病并发症的防治药。
二．醛糖还原酶(ALR2)与糖尿病并发症葡萄糖代谢的PP由ALR2与山梨醇脱氢酶(sorbitol dehydrogenase,SDH)共同调控,此通路不依赖胰岛素。
其中ALR2以还原型辅酶Ⅱ(NADPH)为辅酶,是 PP的关键限速酶,可催化葡萄糖还原为山梨醇,山梨醇再在SDH的作用下,以氧化型辅酶Ⅰ(NAD+)为辅酶,进一步氧化为果糖。
在正常情况下, ALR2与葡萄糖的亲和力较低(Km >100mmol/L), ALR2并不被激活，葡萄糖转化为山梨醇很少；而在糖尿病所致的高血糖状态下, 催化葡萄糖转化为6-磷酸葡萄糖的己糖激酶饱和，细胞内高浓度的葡萄糖通过化学修饰ALR2和诱导ALR2 mRNA 的表达,使ALR2激活,导致山梨醇大量产生;山梨醇的增多使得果糖也随之增多,果糖的聚集继而抑制SDH的活性,使山梨醇分解减少。
以上两方面的作用使山梨醇在组织中大量堆积,它作为一种极性很强的化合物,不能自由出入细胞,造成细胞内的高渗状态,从而造成细胞的渗透性水肿, 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，从而导致细胞代谢与功能的损害，进而出现糖尿病并发症等器官病变。
三.各类醛糖还原酶抑制剂的作用机理1. 海因类1978年,辉瑞公司(Pfizer)开发出第一个在体内外均具有较高活性的海因类ARIs索比尼尔(sorbinil),此后一些活性更强的同系物也陆续被合成。
不幸的是,索比尼尔由于被发现了引起严重的过敏反应而被迫终止临床试验。
索比尼尔的衍生物如甲索比尼尔，非达司他(fidarestat)和米那司他(minalrestar)等，其中非达司他活性比索比尼尔强10倍,可恢复糖尿病神经病变患者的红细胞山梨醇含量，连续口服1年，无明显不良反应。
试验表明,非达司他可以抑制糖尿病大鼠肾脏和高血糖患者肾小球膜细胞硝硫氰酯和多聚核苷酸聚酶活性，从而减缓或逆转糖尿病肾病进展,而且非达司他几无明显皮疹、粒细胞减少和肝毒性等毒副作用,近期已成功通过三期临床试验，在药物开发当中，这有可能为基于ARIs的糖尿病并发症药物创制提供强有力的支持。
化合物ranirestat(AS-3201)是和米那司他类似的酰亚胺，包含一个琥珀酰亚胺环，在生理pH水平，该环是开放的，该化合物属于R异构体，相比于S同分异构体亲和力更强，连接更紧密，而且不易水解，作用持续时间更长。
被期待用于广泛糖尿病并发症如神经疾病、白内障、视网膜及肾疾病的治疗，目前处于三期临床试验中。
Ranirestat2FidarestatMinalrestatSorbinil海因类海因类ARIS 构效关系研究表明(以fidarestat 为例),其结构中的苯并二氢毗 喃环可与ALR2多肽链上的氨基酸残基Trp20、Trp111、Phe122和Trp219形成疏水键,同时1- 位O 通过水分子与Ala299和Leu300主链上的N 形成间接氢键。
螺乙内酞脉环上的两个羰基通过亲水作用与酶形成氢键,2’-位羰基与Tyr48的O 形成一氢键,5’-位羰基与Trp111的N 形成另一氢键。
1’位的N 与His110的N 也适合形成一个氢键,同时氨甲酰基上的O 可与ALR2主链Leu300的N 形成氢键,这是fidarestat 具有较强亲和力的原因。
Fidarestat 与ALR2主要氨基酸残基作用情况见图1。
ONHNO OONH 2H NHNCOOHNN HNO HNHH H H Trp219Leu300Trp111His110Tyr48Phe122Trp20图1 fidarestat 与ALR2活性位点的主要氨基酸残基相互作用示意图2. 羧酸类在海因类ARIs 研究的基础上,人们合成了一系列带有环状羟基乙酸结构和色原环骨架的化合物。
该类化合物在体内外对ALR2 有较强的抑制活性,而且没有索比尼尔类似的过敏反应,其代表性化合物有依帕司他(epalrestat)、托瑞司他(tolrestat)、苯并噻嗪乙酸衍生物(SG-210)[9]和唑泊司他(zopolrestat) 。
epalrestat 已经通过三期临床试验, 20世纪90年代在日本和欧洲上市，但至今仍没有获得美国FDA 的许可。
依帕司他可以有效预防并且改善糖尿病并发的末梢神经障碍、震动感觉异常和心搏异常等症状，其渗透性和生物利用度都相当高[，轻微的副作用发生率很低。
托瑞司他在1989 年曾以Alredase 为商品名在爱尔兰上市, 用于治疗糖尿病继发的周围感觉性神经疾病。
但在后续的治疗糖尿病并发的神经病变的大规模随机双盲临床试验中, 托瑞司他因未能表现出足够的疗效, 未能通过FDA 。
苯并噻嗪乙酸衍生物(SG-210)对于部分提纯的ALR2，有非常高的活性,吸收快、半衰期长、生物利用度高等许多优点,使其成为一种很有前途ARIs ，目前正在进一步研究中。
羧酸类ARIs 与海因类ARIs 相比，体外活性相近，体内差别很大，由于pKa 值低，在生理pH 条件下以负离子形式存在，不易穿过细胞膜，生物利用度小，所以临床剂量较大，由此会产生毒性作用[22]。
EpalrestatCF 3N SCO 2HNN SN CO 2H OCF 3SN O OCO 2HTolrestatZopolrestat 羧酸类SN SNFFF COOHSG-210羧酸类构效关系研究表明, 羧基是此类化合物具有抑制活性的必需官能团,电负性的羧基通过离子键与辅酶电正性的烟酰胺环相互作用,并通过氢键与酶的残基Trp48、His110和Trp111 侧链相互作用,嵌人酶阴离子结合位点中。
Tolrestat 与ALR2主要氨基酸残基作用情况见图2[26]。
OCF 3N SCH 3HNHNH N N OH NHTrp219Leu300Trp111His110Tyr48Phe122Trp20OO N +CONH 2NADP -H 3CH图2 tolrestat 与ALR2活性位点的主要氨基酸残基相互作用示意图3. 杂环类1990年，Ellingboe 等报道合成了N 或O 上接乙酸基团的嘧啶基衍生物，如6-氧嘧啶-N-乙酸和嘧啶基-4-O-乙酸体内外均显示有较高的活性。
2005年，Da Settimo 等新合成了一系列萘并异噻唑醋酸衍生物，这些衍生物显示出相当强的抑制作用。
最新开发的N-杂环化合物pyrido[1,2-a]pyrimidine 及其衍生物表现出了良好的醛糖还原酶抑制活性，而且是该类化合物对ARL2具有优异的选择性抑制，而对ARL1的抑制活性不强，pyrido[1,2-a]pyrimidine 衍生物的前景尚有待于体内试验等的进一步研究观察。
N NOCOOHR 1R 2R 3NNOR 1R 2R 3COOH R 1=Me,isopropyl,R 2=SCH,S-i-Pr,R 3=CN,SBrF嘧啶基杂环类S N OO R 1R 2R 3R 4R 1=CH 2COOH,CH 3,CH 2C 6H 5R 2=H,COOCH 2COOH,COOH R 3=H,NO 2,NH 2R 4=H,NO 2,NH 2萘并噻唑基杂环类NN R 1OR 4R 3R 2nn=0, 1R 1,R 2=H, OHR 3,R 4=H, OCH 3,OHpyrido[1,2-a]pyrimidine 衍生物4. 黄酮类目前为止,黄酮类化合物是从中药中得到数量最多的ARIs ,槲皮素(quercetin)、异槲皮素(isoquercetin)、异甘草素(isoliquiritigenin)是公认的ARIs 。
黄酮类可有效抗炎、清除羟基、超氧负离子和脂过氧基等。
研究较多的黄酮类化合物之一是槲皮素，它可减少晶状体山梨醇聚积，延缓糖尿病并发症的发生，还具有降糖作用，且能抑制糖尿病患者的氧化应激状态。
OHOOH OHO OH HOOOHOHOHQuercetin黄酮类及其类似物Isoliquiritigenin研究表明,查尔酮类化合物采用与羧酸类化合物相类似的方式与结合,天然产物isoliquiritigenin 与ALR2主要氨基酸残基作用情况见图3。
N N N O HH NHLeu300Trp111His110Tyr48Trp20OOH OOCOOHNH 2O Thr113HHH 2NHOOC图3 isoliquiritigenin 与ALR2活性位点的主要氨基酸残基相互作用示意图此外，研究发现，从中药中提取的松香烷类二萜、单萜糖苷及三萜等萜类化合物和黄连素、小檗碱甚至维生素C 等在体外试验都表现出较强的的活性,但目前尚缺乏进一步的体内和临床试验。
四．该抑制剂目前状况与展望目前开发的ARLs ，尽管开发和研究出来的的品种比较多，但没有一种能通过 FDA ，在全球范围内上市。
原因有很多，有些ARLs 选择性不高，在抑制ALR2的同时还对醛还原酶（aldehyde reductase，ALR1）有很大的抑制作用，而后者是一种与醛糖还原酶（ARL2）在同源性上最接近的酶，其功能主要是清除体内的醛类等有害物质，醛糖还原酶抑制剂若同时对醛还原酶（ARL1）有较强抑制时，则意味着毒副作用的发生。
因此新型、高效，高选择性ARLs已经成为糖尿病并发症治疗研究的热点。
目前上市使用的ARIs只有依帕司他。
合成类ARIs的最大问题就是毒副作用，多种ARIs 外试验活性很好，对动物模型也有效，但临床研究却不能获得满意疗效，一个很重要的原因可能在于其作用缺乏专一性，抑制醛糖还原酶的同时对醛还原酶（ARL1）有较强抑制，从而产生毒副作用。
现在研究中较有前景的有和ranirestat和非达司他，目前已完成临床试验而进入临床后的开发之中，预计将在最近几年内经受市场考验。
开发新型专一性强的ARIs 是目前主要的研究方向。