黃嘌呤氧化酶抑制劑的研究進展

高天舒，胡偉鳳，肖愉簫，蘇曉語,李嘉琦,賈昱晗,王星,3，陳真

(1.中國藥科大學藥學院,江蘇 南京 211198；2.中國藥科大學基礎醫(yī)學與臨床藥學學院,江蘇 南京 211198；3.江蘇文鋰生物科技有限責任公司,江蘇 句容 212415)

黃嘌呤氧化酶(xanthine oxidoreductase，XOD)是嘌呤代謝過程中的關鍵酶，它廣泛存在與各種生物組織中。它的專一性不高，不僅可以催化次黃嘌呤生成黃嘌呤，進而生成尿酸，又可以直接催化黃嘌呤生成尿酸。XOD活性異常是誘發(fā)一系列疾病的重要原因之一，除了最常見的痛風外，有些心腦血管疾病也與XOD活性升高有關。XOD抑制劑通過競爭性和(或)非競爭性抑制XOD，從而抑制尿酸生成，降低體內尿酸水平，達到治療高尿酸血癥的目的。除此之外，XOD抑制劑對于心臟、神經等疾病也有一定的治療作用，本文對XOD抑制劑的藥理作用和臨床應用進行歸納，并對近年來已經上市和處于開發(fā)階段的XOD抑制劑進行總結，綜述了XOD抑制劑的最新進展。

1 黃嘌呤氧化酶的結構和催化機制

黃嘌呤氧化酶是體內重要的與嘌呤代謝有關的氧化還原酶。XOD的分子量相對較大，是一種由1 300多個氨基酸組成的分子量約270 kDa的鉬黃素蛋白酶。XOD在人體內的各個組織中廣泛表達，其表達水平在肝臟和腸道中最高。XOD由催化活性相互獨立的兩個完全對稱的亞基組成。每個亞基分子量都為147 kDa，由包括一個鉬蝶呤輔因子、兩個不同的2Fe-2S中心和一個核黃素腺嘌呤二核苷酸輔因子的4個氧化還原中心組成[1]。XOD結構中最重要的是鉬蝶呤中心，該位點是催化嘌呤生成尿酸的關鍵部位。

黃嘌呤氧化酶有轉移電子的功能，首先XOD傳遞電子到NAD+，NAD+接受電子后會迅速生成NADH 或產生氧分子，氧分子經過一系列級聯(lián)還原反應生成包括過氧化氫或超氧負離子等活性氧。黃嘌呤氧化還原酶有兩種存在形式，分別是黃嘌呤脫氫酶(xanthine dehydrogenase,XDH)和黃嘌呤氧化酶,這兩種存在形式并不是獨立的，它們之間可以通過巰基氧化或水解反應相互轉化。XDH與XOD都能夠還原氧分子，但相比之下XOD還原氧分子的活性更高。發(fā)生這些反應的場所即為上文提到的鉬蝶呤中心。XOD在嘌呤代謝過程中發(fā)揮著至關重要的作用，XOD首先將次黃嘌呤氧化為黃嘌呤，然后在進一步將黃嘌呤氧化為尿酸。

2 黃嘌呤氧化酶抑制劑作用機制

黃嘌呤氧化酶根據(jù)其結構類型分為嘌呤類和非嘌呤類，由于與XOD底物結構有著高度相似性，因此可以與XOD催化中心相結合，并且比黃嘌呤有著更高的親和力，競爭性和(或)非競爭性抑制尿酸的生成。XOD抑制劑能夠抑制XOD的氧化態(tài)和還原態(tài)，降低體內的尿酸含量來緩解病情。

3 黃嘌呤氧化酶抑制劑藥理作用和臨床應用

3.1 降低尿酸 XOD抑制劑最重要的藥理作用就是減少尿酸形成。黃敬群等[2]通過給高尿酸血癥小鼠灌胃XOD抑制劑，發(fā)現(xiàn)XOD抑制劑代表藥物別嘌呤醇可以明顯抑制尿酸形成。同時他們檢測發(fā)現(xiàn)小鼠體內的黃嘌呤與次黃嘌呤的濃度也有所降低，而黃嘌呤與次黃嘌呤在尿中的排泄量增加。這可能是由于黃嘌呤和次黃嘌呤的溶解度高于尿酸，在泌尿道中不易析出，通過腎臟更易清除?，F(xiàn)有的研究表明[3]，2型糖尿病的發(fā)病與尿酸濃度也有一定的關系，其發(fā)病率會隨著血尿酸水平的升高而增加，并且體內的尿酸水平升高會加重腎小球與腎小管的損傷，進一步加重糖尿病的病情。楊昌林等[4]研究表明XOD抑制劑非布司他可以降低尿酸的生成，對于腎功能有一定的保護作用，十分適用于高齡2型糖尿病腎病合并高尿酸血癥患者。XOD抑制劑仍然是長期治療的首選尿酸降低藥物。大型的長期臨床試驗都清楚地表明，XOD抑制劑(即別嘌醇和非布索坦)在大多數(shù)患者中是有效，安全且耐受性較好的。

3.2 鎮(zhèn)痛作用 疼痛是痛風患者較為嚴重的病癥之一，對患者的日常生活質量有較大的影響。別嘌呤醇等XOD抑制劑具有良好的鎮(zhèn)痛作用，Shankpal等[5]利用渦流熱板中心鎮(zhèn)痛模型和乙酸扭體外周鎮(zhèn)痛模型證明了別嘌呤醇和非布索坦對于中樞和外周疼痛均有良好的鎮(zhèn)痛作用，且非布索坦陣痛活性更強。

3.3 改善心功能 一般來說，心臟方面的疾病經過發(fā)展惡化后，最后往往會發(fā)展為慢性心力衰竭。有研究表明[6]，當發(fā)生慢性心衰時，患者血清中黃嘌呤氧化酶表達增加，王真真等[7]研究發(fā)現(xiàn)別嘌呤醇可以通過PGC-1α軸來調節(jié)糖脂代謝，使PGC-1的表達下降，然而PGC-1與心肌細胞能量代謝密切相關，因此當PGC-1的表達下降，心力衰竭的大鼠的心肌細胞能量代謝就可以得到改善，進一步增加 ATP的生成。王家偉等[8]研究了XOD抑制劑代表藥物別嘌呤醇對心衰大鼠心臟功能的改善作用以及保護作用機制，發(fā)現(xiàn)別嘌呤醇作用廣泛，并不只是單單作用于某個方面改善心功能，而是通過多個方面協(xié)同作用改善心肌代謝。其中最重要的一個方面就是別嘌呤醇可以提高心肌細胞抗氧化的能力，其次它還可以使呼吸鏈酶復合體的活性得到提高以及可以從整體上調控能量代謝，通過這樣的聯(lián)合作用而達到治療大鼠心力衰竭的目的。一項對77例慢性心衰患者臨床觀察的實驗表明[9]，在常規(guī)治療基礎上口服XOD抑制劑可使患者體內的氧化應激水平明顯降低，血管的收縮和舒張功能也得到改善，左心室射血分數(shù)增加，最終達到改善心功能狀況的目的。

3.4 保護腦神經 有研究表明[10]腦梗死的發(fā)病和死亡率與血清中尿酸水平的高低緊密相關，郭建軍等[11]研究了80 例急性腦梗死伴高尿酸血癥患者，發(fā)現(xiàn)XOD抑制劑代表藥物別嘌呤醇能夠明顯降低急性腦梗死伴高尿酸血癥患者的血清尿酸水平并改善患者的神經功能缺損癥狀。胡勇等[12]發(fā)現(xiàn)新生大鼠腦缺氧缺血(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，新生鼠大腦皮質的神經元凋亡速度就會減慢。從而表明別嘌呤醇對腦神經有一定保護作用。

4 黃嘌呤氧化酶抑制劑研究現(xiàn)狀

隨著人們對XOD和XOD抑制劑結構及作用機制更加深入的研究，XOD抑制劑慢慢成為研發(fā)降低尿酸藥物的一個重中之重。

4.1 已上市的黃嘌呤氧化酶抑制劑

4.1.1 別嘌呤醇 別嘌呤醇是最常見的治療痛風的藥物，結構與次黃嘌呤相似，本質上是一種競爭性XOD抑制劑。別嘌呤不僅本身可抑制XOD活性，其代謝產物也可抑制XOD活性，使尿酸的生成減少。別嘌呤醇有利于降低血清尿酸水平，加速尿酸結晶與痛風石的溶解。由于其價格低廉，別嘌呤醇仍然是臨床上用來治療痛風和無癥狀的高尿酸血癥的一線藥物。但是也有研究發(fā)現(xiàn)[13-14]，別嘌呤醇的治療有效率不到50%，還會給患者帶來一定程度的肝腎功能的損害，并伴有藥疹、發(fā)熱等癥狀。

別嘌呤醇的常見不良反應主要是胃腸道反應以及皮疹，其他如別嘌呤醇超敏反應綜合征、嗜酸性粒細胞增多癥、藥物性肝炎以及間質性腎炎等偶有發(fā)生。別嘌呤醇超敏反應綜合征是相對較嚴重的不良反應，主要反映在皮膚上，表現(xiàn)為疤痕形成，包括史蒂文斯-約翰遜綜合征、藥疹伴嗜酸性粒細胞增多癥、毒性表皮壞死、脈管炎以及肝腎功能損害，發(fā)生率約 0.1%，死亡率高達20%～30%。大劑量的使用、與利尿劑聯(lián)用以及用于腎功能不全的患者可能會增加異己手綜合征的風險[15]。

董俊等[16]研究發(fā)現(xiàn)對于高尿酸血癥患者來說，別嘌呤醇更適用于治療老年患者。老年患者一般會并發(fā)一些心血管疾病，而別嘌呤醇在一定程度上對血管內皮功能有一定的改善作用，安全性較高。同時有研究報道，別嘌呤醇使用不當或者使用過量可引起大量嚴重的不良反應，包括超敏綜合征合并腎功能不全，這些不良反應對患者的生命有著嚴重的威脅，這提示在使用別嘌呤醇治療腎功能不全的患者時，要注意它的用量，尤其是用來治療老年患者時，一定要檢測患者的內生肌酐清除率，根據(jù)此指標適當降低別嘌呤醇的劑量，避免進一步損傷患者腎臟功能[17]。

4.1.2 非布司他(Febuxostat) 除了別嘌呤醇外，非布司他也是一種上市較早，在臨床上廣泛使用的XOD抑制劑。它的主要成分為非布佐司他，相較于別嘌呤醇更優(yōu)的是，非布司他屬于非競爭性的非嘌呤類XOD抑制劑，通過與XOD非競爭性結合來抑制XOD的活性，從而減少尿酸的生成，因此效果更精確且不會干擾其他嘌呤相關代謝酶。非布司他主要通過肝臟進行代謝，代謝產物經腸道排出，安全性高[18]。

研究表明[19]，使用非布司時帶來的不良反應較少，并且此藥具有較高的達標率。應用于老年痛風伴有腎功能不全的患者時，非布司他還具有降低其腎功能損傷程度的作用，從而減輕患者腎臟的負擔。但關于非布司他的研究至今尚不完整，與其他XOD抑制劑對比的高質量研究仍然缺乏，有待進一步完善。

劉巖等[20]研究證明非布司他比別嘌呤醇更適用于治療高齡的高尿酸血患者，對兩周內的高齡高尿酸血癥患者的達標率明顯高于別嘌醇，而且用藥前無須進行特殊基因的檢測。非布司他主要經過肝臟代謝，相比別嘌呤醇，對于腎功能不全和腎移植患者有更好的療效和更高的安全性[21-26]。此外，非布司他還能有效改善患者的腎功能，降低血清NALP3、IL-1β水平[27]。

盡管有如此多的優(yōu)點，也有研究報道[28]非布司他相比別嘌呤醇有更高的心血管疾病死亡率，因此對合并心血管疾病的無癥狀高尿酸血癥患者，不推薦非布司他作為首選降尿酸藥物。

4.1.3 托匹司他(Topiroxostat) 2013年日本批準上市了一款新型的非嘌呤類XOD抑制劑，藥品名為托匹司他。它通過競爭性的與氧化型和還原型XOD結合來抑制XOD的活性，進而減少尿酸的生成。托匹司他具有雙重抑制作用，對抑制黃嘌呤氧化還原酶具有可選性、可逆性的特點，除能有效降低血清尿酸水平外，還具有長效降酸作用[29]。

托匹司他完全從肝臟代謝，代謝產物經過糞便排泄，對于開始透析的慢性腎臟病(chronic kidney disease，CKD)患者也不需要減少劑量，已被證明能夠安全、有效地降低透析合并高尿酸血癥患者的高尿酸水平，并且可維持糖尿病腎病患者的腎功能[30]。托司匹他可以治療高尿酸血癥，對此有學者專門研究了藥物在治療過程中的有效性及安全性，結果顯示藥物可以顯著降低患者血尿酸水平，對高尿酸血癥治療十分有效。長期服用托匹司他時，給藥劑量在40～240 mg·d-1相對安全，與別嘌呤醇相比，120 mg·d-1的托匹司他的降尿酸效果與200 mg·d-1的別嘌呤效果相當，但是托司匹他的耐受性更好。治療期間，托匹司他不僅降低了患者的尿酸水平，對于患者的尿蛋白水平也有一定降低，同時還促進尿肌酐水平降低[31-32]。臨床試驗數(shù)據(jù)顯示[33]，托匹司他相比于別嘌呤醇的毒性更小，患者更不容易耐受，對于中、重度腎功能不全患者托匹司他不易影響腎功能，臨床上對于改善患者癥狀十分有效。

4.1.4 苯溴馬隆(Benzbromarone) 苯溴馬隆屬于苯駢呋喃衍生物，是一種非競爭性XOD抑制劑，主要用于原發(fā)性高尿酸血癥與痛風性關節(jié)炎間歇期的治療。苯溴馬隆主要是通過非選擇性地抑制URAT1及GLUT9活性來增加尿酸的排泄，其主要經過肝臟代謝，對于輕中度腎功能不全者可以使用，通常使用劑量為50～100 mg·d-1。余國銘等[34]研究表明對于高尿酸及痛風患者，該藥能有效地調節(jié)血尿酸水平，并且安全性良好。相關研究顯示，苯溴馬隆可通過多種方式發(fā)揮對細胞和組織的保護作用，比如清除氧自由基和脂質過氧自由基，抑制血管平滑肌細胞對尿酸的攝取，進一步降低尿酸水平，從而減少腎功能損害[35]。

但是苯溴馬隆不建議長期使用，否則會引起惡心、腹瀉甚至一系列嚴重的不良反應。因此在臨床治療中應根據(jù)病情狀況安全使用[36]。2016年進行的一項關于苯溴馬隆的降尿酸效果的Meta分析結果顯示[37]，苯溴馬隆與別嘌呤醇相比降尿酸效果更優(yōu)，且僅次于非布司他，它的降尿酸效果與丙磺舒接近，但使用的安全性優(yōu)于丙磺舒。Chou等[38]研究證實，對于伴有慢性腎臟疾病的高尿酸血癥患者，苯溴馬隆與非布司他降低血清尿酸效果更佳，同時苯溴馬隆還可以降低嚴重患者在透析期間的風險。苯溴馬隆最大的缺點就是具有潛在的肝臟毒性，但是相對于其他上市藥物，苯溴馬隆的使用相對安全并且其降尿酸的效果更強，因此此藥仍然是促尿酸排泄的主要推薦用藥。

4.1.5 Y-700 別嘌呤醇由腎臟排泄，因此腎功能低下患者血漿中藥物濃度顯著升高，因此在日常治療需根據(jù)腎功能障礙的程度慎重地決定給藥量。為了改善別嘌呤醇在使用中存在的這種問題，Welfide公司開發(fā)出非腎排泄型的新型XOD抑制劑Y-700[39]。Y-700是一種芳基吡唑衍生物，這種藥物的作用機制和非布司他基本一致，IC50大概為4.3～6.5 nmol·L-1。Y-700并不是由腎臟排泄，而主要由肝臟排泄，目前該藥處于臨床前研究階段。

4.2 新合成的XOD抑制劑 由于如今已經上市的XOD抑制劑存在著療效差、副作用大等各種各樣的問題，人們仍然在尋找治療高尿酸血癥、痛風的最佳藥物。人們根據(jù)已經上市的XOD抑制劑的化學結構進行優(yōu)化，改造并合成了大量具有降低尿酸作用的XOD抑制劑，在XOD抑制劑研究方面做出了巨大的貢獻。

何雄等[40]發(fā)現(xiàn)非布索坦結構尚未被充分優(yōu)化，非布索坦是作用機制清晰和藥物靶標明確的首創(chuàng)藥物，有著很高的研究價值。隨后他們以4-氰基苯肼為原料，經縮合、環(huán)合、肼解、烴化等化學反應合成了13個噁二唑類化合物，并且經檢測發(fā)現(xiàn)其中8個有明顯的體外黃嘌呤氧化酶抑制活性。李晶等[41]以4-羥基苯甲腈為原料，合成12個新型的2-苯基-四氫噻喃并嘧啶類化合物(6a～6d，8a～8h)，并且發(fā)現(xiàn)化合物8a～8h(100 μmol·L-1)均表現(xiàn)出不同程度的抑酶活性，其活性明顯強于化合物 6a～6d，并證明了嘧啶環(huán)上引入羧基有利于提高抑酶活性。Zhang等[42]設計并合成了一系列N-(9,10-蒽醌-2-羰基)氨基酸衍生物(1a～1j)，作為新型XOD抑制劑。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)在微摩爾水平效力上是有效的。特別是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)表現(xiàn)出最高的效力。Zhang等[43]還設計、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)，并且均鑒定為具有微摩爾電位的XOD抑制劑。其中最有希望成藥的化合物1j和1k的IC50值分別為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，并發(fā)現(xiàn)2-(3-氰基-2-異丙基吲哚-5-基)-4-甲基噻唑-5-羧酸表現(xiàn)出最強的XO抑制活性(IC50值：3.5 μmol·L-1)和優(yōu)異的血漿尿酸降低活性。

4.3 其他來源的XOD抑制劑 除了已經上市的XOD抑制劑，人們已經把研究方向轉向了中藥和飲食，并取得了良好的進展，從大量中藥和食物中提取得到了具有抑制黃嘌呤氧化酶的成分。相比于上述藥物，食物或者中藥來源的XOD抑制劑副作用較少，來源廣泛，有很高的研究價值。

4.3.1 中藥來源的黃嘌呤氧化酶抑制劑 姚芳芳等[45]發(fā)現(xiàn)三七、銀杏等中藥中廣泛存在的槲皮素可以與XOD結合并抑制其活性來降低尿酸水平，減輕腎臟負擔。張琳等[46]對硫磺菌主要成分齒孔酸進行研究，發(fā)現(xiàn)齒孔酸是XOD的競爭性抑制劑，有利于高尿酸血癥和痛風的防治。李美萍等[47]研究發(fā)現(xiàn)艾葉的各提取物均對XOD抑制作用，還發(fā)現(xiàn)提取物具有抗氧化性。進一步篩選得出了艾葉醇提物有治療高尿酸血癥的潛力。史珅等[48]發(fā)現(xiàn)葛根提取物葛根素可以通過抑制XOD活性抑制尿酸生成，并增加尿酸在尿液中的溶解度，從而有益于改善高尿酸血癥患者健康狀況。周鵬等[49]發(fā)現(xiàn)長花鐵線蓮醇提物有明顯的降尿酸作用，抑制 XOD，有一定的腎臟保護和抗炎作用。Deguchi等[50]研究表明細辛50%乙醇提取物有良好的抑制XOD活性的作用，可為高尿酸血癥開發(fā)新藥提供良好的理論基礎。Song等[51]發(fā)現(xiàn)三尖杉果實提取物也有很好地抑制XOD的活性。

4.3.2 食物來源的黃嘌呤氧化酶抑制劑 何偉煒[52]發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)金槍魚蛋白水解物中存在一種小分子疏水性多肽，此種物質可顯著抑制高尿酸血癥大鼠血清中XOD的活性，從而降低其血尿酸水平。李少鵬[53]對芹菜籽進行研究，發(fā)現(xiàn)芹菜籽水提物也有一定的抑制XOD的作用，提取物可以明顯降低高尿酸血癥小鼠的血尿酸水平，且降尿酸作用至少部分與其對氧化應激的調節(jié)有關。學者們還證實了不只是芹菜籽的水提物，芹菜籽超臨界二氧化碳流體萃取油對于血清中的XOD的活性也有較強的抑制作用。

Andriana等[54]研究發(fā)現(xiàn)平菇中存在的脂肪酸、類黃酮和甾醇等成分有很強的XOD抑制作用，并且還有一定的抗氧化和抗菌作用，因此平菇可以用于開發(fā)治療高尿酸血癥、氧化應激和細菌感染的飲料和食品。Yuk等[55]發(fā)現(xiàn)香椿葉70%乙醇提取物表現(xiàn)出強烈的XOD抑制作用，其中對XOD抑制作用最強的物質是1,2,3,4,6-五鄰沒食子酸-β-D-吡喃葡萄糖，IC50為2.8 μmol·L-1，與臨床上用于治療高尿酸血癥的別嘌呤醇(IC50=2.3 μmol·L-1)相似，這提示香椿葉可作為藥膳來減弱痛風癥狀。

4.3.3 老藥新用的黃嘌呤氧化酶抑制劑 Niu等[56]利用蛋白質-配體對接軟件對藥物進行篩選，發(fā)現(xiàn)抗?jié)冃越Y腸炎藥物奧沙拉嗪鈉對XOD有很強的抑制活性(IC50=3.4 mg·L-1)，這說明奧沙拉嗪鈉對治療高尿酸血癥有潛在用途。

5 展望

隨著我國物質生活水平的提高以及日益加重的老齡化問題，痛風的發(fā)病率呈現(xiàn)明顯的上升趨勢。由于痛風反復發(fā)作，難以根治的特點，尤其是痛風所引起的疼痛感嚴重影響了患者的生活質量。臨床上主要通過降低患者的尿酸水平來防治痛風。XOD作為尿酸生成過程中的關鍵酶，可以通過服用XOD抑制劑可以顯著降低尿酸水平來治療痛風。傳統(tǒng)的XOD抑制劑如別嘌呤醇，非布司他等是治療痛風的一線藥物。但是它們常會導致一系列的副作用，并可能對患者的肝腎造成損傷。此外，XOD抑制劑對于痛風的急性發(fā)作，往往不能起到很好的作用。別嘌呤醇對痛風的急性發(fā)作無效，通常只用于間歇性痛風或慢性痛風。傳統(tǒng)XOD抑制劑單純的降低尿酸的藥效有很大的局限性，限制了其在臨床上的應用。現(xiàn)有的研究表明，NLRP3基因多態(tài)性與原發(fā)性痛風的發(fā)病密切相關，NLRP3炎癥小體參與了發(fā)病過程。日后研發(fā)的新型XOD抑制劑若能兼顧降低尿酸和抗炎的藥效，這將對痛風的治療和預防起到關鍵性作用。