2007 年 3 月
Journal of Xiamen U niversity ( Natural Science)
M ar. 2007# 综 述 #
酪 氨 酸 酶 抑 制 剂 的 研 究 进 展
陈清西, 林建峰, 宋康康
( 厦门大学生命科学学院, 细胞生物学与肿瘤细胞工程教育部重点实验室, 福 建 厦门 361005) 收稿日期: 2006211224 基金项目: 国家自然科学 基金 ( 30570408) 和 福建 省重点 科技项 目 ( 2004N002) 资助E mail : chenqx@ xmu. edu. cn
摘要:
酪氨酸酶( EC 1. 14. 18. 1, PP O) , 是一种含铜糖蛋白, 广泛存在于自然界中. 它是 生物体合成 黑色素的 关键酶, 而 且与 果蔬褐化、昆虫表皮鞣化、人的色素障碍性疾病及恶性黑色素肿瘤的发生与治疗有重要关系. 目前, 酪 氨酸酶抑制 剂 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. 对酪氨酸酶抑制剂的研究已引起国内外的 广泛重视, 现已研究出许多具有新型结构的酪氨酸酶抑制剂. 为了得到高效的酪氨酸酶抑制剂, 对各种类型的化合 物构效关系及 抑 制机理的研究是非常必要的.关键词:
酪氨酸酶; 抑制剂; 构效关系; 抑制机理; 应用中图分类号:
Q 356. 1文献标识码:
A文章编号:
043820479( 2007) 0220274209酪氨酸酶( EC 1. 14. 18. 1, T yrosinase) 又称酚氧
化酶、
多酚氧化酶、儿茶酚氧化酶, 是结构复杂的多亚
基的含铜氧化还原酶, 广泛存在于微生物、动植物及人
体中
[ 1]. 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, 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
[ 2- 3]. 多年来, 酪氨酸
酶一直受到国内外的关注, 其研究涉及生物、医学、农
学、
化学、药学等多个学科和领域.
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. 在果蔬中是导致
褐变的主要酶类. 因此, 酪氨酸酶抑制剂可以治疗目前
常见的色素沉着皮肤病如雀斑、
黄褐斑、
老年斑. 目前,
市场上流行的美白化妆品中其增白剂均是酪氨酸酶抑
制剂如熊果甙
[ 4]、维生素
C 衍 生物
[ 5]、及 一些中药提
取物
[ 6]等. 酪氨酸酶抑制剂也被用作食品保鲜剂, 如 42
已基间苯二酚已被用于虾的保鲜
[ 7]. 昆虫表皮的酪氨
酸酶产生的黑色素可以保护昆虫免受紫外线的辐射,
酪氨酸酶也与昆虫蜕皮过程中的鞣化作用有关
[ 8]. 因
此, 酪氨酸酶是昆虫赖于生存的一种重要的酶. 对该酶
抑制剂的研究将在新型的生物杀虫剂的设计中起指导
作用.
鉴于酪氨酸酶抑制剂的广泛应用, 国内外很多学
者致力于寻找具有特异的、
高效的酪氨酸酶抑制剂, 研
究抑制作用机理、
抑制动力学、以及抑制剂的应用. 本
实验室研究人员致力于筛选酪氨酸酶抑制剂, 主要有
以下
3 个渠道: ( 1) 从天然植物组织分离提取; ( 2) 从商
品化合物筛选; ( 3) 有机合成出新的化合物. 本文中我
们重点总结有关酪氨酸酶抑制剂的作用机理及其构效
关系, 为该酶抑制剂的研发与应用奠定基础.
1 含酚基的化合物对酪氨酸酶的抑制
作用
羟基苯甲酸和羟基苯甲醛对酪氨酸酶均有明显得
抑制作用, 表 1 列出我们研究的几种该类物质的作用.
从表
1 可以看出, 单酚基化合物对蘑菇酪氨酸酶均表
现为竞争性抑制类型, 并且, 对位的抑制强度明显高于
邻位或间位, 提高幅度达 2~ 3 倍. 熊果甙也是一种含
酚基的化合物, 对酪氨酸酶也有抑制作用, 虽然其抑制
效应明显比羟基苯甲醛和羟基苯甲酸差
[ 9- 1 0], 但由于
其副作用较小, 已作为增白剂添加入美白化妆品中
[ 4].
表1 酚基化合物对蘑菇酪氨酸 酶抑制效应Tab. 1 Inhibitor y effects of phenol com pounds on mush2 room tyr osinase
化合物 I C50/ ( mmol# L- 1) 抑制类型 抑制常数/ ( mmol# L- 1) o2羟基苯甲醛[9] 2. 85 竞争性 1. 66 m2羟基苯甲醛[ 9] 3. 70 竞争性 2. 20 p2羟基苯甲醛[ 9] 1. 15 竞争性 0. 69 o2羟基苯甲酸[10] 4. 30 竞争性 2. 50 m2羟基苯甲酸[ 10] 4. 20 竞争性 2. 38 p2羟基苯甲酸[ 10] 1. 30 竞争性 0. 73 p2氰基苯酚[ 11] 0. 80 竞争性 0. 31 熊果甙[4] 5. 30 竞争性 2. 98
含间苯二酚结构的化合物大多是酪氨酸酶的抑制
剂, 当对位存在取代基时, 这类化合物具有很强的酪氨
酸酶抑制活性. 研究表明, 它们可以与酪氨酸酶的双铜
离子活性中心结合, 大多数是酪氨酸酶的竞争性抑制
剂. 目 前, 42己 基 间苯 二 酚已 作 为 商品 用 于 虾的 保
鲜
[ 7].
2 芪类及其类似物对酪氨酸酶的抑制
作用
1, 22二苯乙烯( Stilbene, 芪, 化学结构式见图 1) 化
合物广泛的存在于植物体内, 具有重要的生物活性, 因
此这类结构的抑制剂的研究引起了广泛的关注. 从大
绿柄桑木
Chlorophora ex celsa 的心材中分离得到带
氯菌素
[ 12]、
从葡萄等植物中提取出的白藜芦醇( Res2
veratrol)
[ 13], 以及从桑 Morus alba 中提取出的氧化白
藜芦醇( Oxyresveratr ol)
[ 14], 均是很强的 酪氨酸酶抑
制剂, 它们的 I C
5 0值分别为
1. 3、54. 6 和 1. 5 Lmol/ L.
Ohguchi 等从买麻藤属 Genus gnetum 提取的买麻藤
醇( Gnetol) 可以抑制 B16 黑色素的合成
[ 15]. 上述这些
从天然植物提取到有机物均是芪类衍生物, 在 1, 22二
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.
类似于芪类化合物的结构, 查耳酮类化合物
[ 16]也
具有抑制酪氨酸酶的活性. 对该类物质的构效关系研
究表明: 当查耳酮不含羟基或 A 环上的羟基取代基团
不超过
2 个, 则化合物没有抑制酪氨酸酶的活性; 而当
B 环上引入羟基则可以大大增强其抑制活性; 如果化
合物中同时存在儿茶酚和间苯二酚结构时, 其抑制活
性大大加强. 相较于其结构类似物
芪类化合物, 查
耳酮类化合物羟基取代基团数目增加不一定会增加其
抑制活性, 而芪类化合物可以通过增加羟基的数目而
增强其抑制活性. 这可能是由于芪类化合物是几何对
称的, 而查耳酮几何不对称, 一个苯环连羰基, 一个连
接乙烯基. 42位羟基对于查耳酮类化合物的抑制活性
具有重要作用. 而 2c2位引入羟基将导致该类化合物发
生构象扭转( A 环旋转 47b) , 使化合物难以与酶结合,
降低其抑制活性. 当第 3~ 4 个羟基的引入则可使化合
物的抑制活性恢复. 该类化合物对单酚酶活性的抑制
图 1 芪( a) 和查耳酮( b) 化合物的化学结构式Fig. 1 Chemistr y str uctur es of stilbene ( a ) and chal2 cones( b) a: R3= R5= R7= R3c = R4c = OH ; R6c = H b: R3= R5= R7= OH ; R3c = R4c = R6c = H c: R3= R7= R3c = R4c = OH ; R5= R6c = H d: R3= R7= R4c = OH ; R5= R3c = R6c = H e: R3= R5= R7= R4c = R6c = OH ; R3c = H f: R5= R7= R3= R4c = OH ; R3= R6c = H g: R5= R7= R4c = OH ; R3= R3c = R6c = H h: R5= R7= OH ; R3= R3c = R4c = R6c = H i: R5= R7= R3c = R4c = OH; R6c = H ; R3= OX 图 2 类黄酮 ( a) 栎精; ( b) 高 良姜精; ( c) 非 瑟酮; ( d) 3, 7, 42 三羟基黄酮; ( e) 桑色 素; ( f) 毛 地黄 黄酮; ( g) 芹 菜素; ( h) 5, 72二羟基黄酮; ( i) 栎精232芸香糖 甙的 化学结构
F ig. 2 Chemistr y structures of flavonoids
( a) quer cet in; ( b) galangin; ( c) fisetin; ( d) 3, 7, 4 2trihydr oxyflavone; ( e ) mor in; ( f) luteolin; ( g)
apigenin; ( h) chr ysin; ( i) quercetin232 rutinoside
强于对二酚酶抑制的强度.
3 黄酮类物质对酪氨酸酶的抑制作用
黄酮类化合物( 化学结构式见图 2) 广泛存在于植
物中, 尤其是许多中药材中含 量丰富, 属 于酚类化合
物, 植物中的黄酮大体上可分为/ 黄酮类0 与/ 黄烷酮
类
0两大类 物质. 已知化学结构的黄酮 类物质至少有
4 000余种, 其中包括人们熟知的茶多酚( 儿茶素) 、大
豆异黄酮( 染料木素与黄豆甙) 和来自柑橘的橙皮甙与
柚甙等
[ 17]. 黄酮具有多种药理作用, 其中包括: 抗氧化
作用、
消炎作用、抗癌和抗基因诱变作用
[ 18]. 近年来,
许多富含黄酮类物质的植物天然提取物( 如银杏、甘草
提取物) 应用于化妆品中
[ 19- 20]. 同芪类化合物一样, 黄
酮类化合物也是酪氨酸酶的有效抑制剂. Xie 等
[ 21]研
究了一系列黄酮类化合物对酪氨酸酶活力的影响, 实
验结果表明: 栎精( a) , 高良姜精( b) , 非瑟酮( c) , 3, 7,
42三羟基黄酮( d) , 和桑色素( e) 这些黄酮醇是酪氨酸
酶的竞争性抑制剂. 根据它们的结构可以推测它们是
以螯合酶活性中心的铜来抑制酶活力. 而相应的黄酮:
毛地黄黄酮( f) , 芹菜素( g) 和 5, 72二羟基黄酮( h) 就无
法螯合酶活性中心的铜. 另外, 如果 32羟基被一个大
的基团如芸香糖苷保护起来, 栎精232芸香糖甙也无法
图 3 黄酮醇螯合活性 中心的 铜从而 抑制二 酚酶活力 的 机理F ig. 3 Inhibit ory mechanism of flavonols on diphenolase act ivit y through chelating the active site of tyr osi2 nase
抑制酶活性. 有一个游离的 32羟基对黄酮醇的螯合能
力似乎是必须的. 这些黄酮醇螯合活性中心的铜从而
抑制二酚酶活力的机理如图
3 所示. 这一螯合反应是
可逆的, 而底物对酶有很强的保护作用. 底物的存在可
以阻止黄 酮醇对酶 的抑制. 桑色 素( e) 对 栎精 ( a) 的
I C
50值比 例 是
14. 4, 而它 们 抑制 常数 K
I的比 率是
14. 3, 表明栎精( a) 对蘑菇酪氨酸酶的抑制力比桑色素
( e) 强 14 倍. 栎精( a) 和桑色素( e) 的抑制力区别来源
于他们
B 环取代基的不同. 桑色素( e) 的 32和 2c2羟基
之间形成分子内 氢键干扰了
32氢键和 42羰基与酶活
性中心的铜形成螯合构象, 因此对酶的抑制力较低.
在毛地黄黄酮( f) , 芹菜素( g) 和 5, 72二羟基黄酮
( h) 这三种黄酮之中, 毛地黄黄酮( f) 的抑制力最大, 芹
菜素( g) 抑制力很小, 而 5, 72二羟基黄酮( h) 基本没有
抑制力. 他 们结构上 的不同主 要在于 B 环的羟 取代
基. 3c, 4c2双羟基取代比 42羟基取代有更大的抑制力,
( f) > ( g) . B 环有羟基取代的比没有的抑制力大, ( g)
> ( h) . 在黄酮醇里也有类似的结果, 抑制强度排序为
( a) > ( b) , ( c) > ( d) .
从酶学的角度看含酚羟基类化合物的抑制机理:
因为酪氨酸酶的活性中心的环境是疏水的, 与 E
oxy中
双氧结合的质子只能来自于酪氨酸和多巴分子中的羟
基, 因此酪氨酸和多巴与 E
oxy必需以
H A 酸的形式结
合, 实验证明, 同一种 H A 酸在其它条件不变的情况
下, 它的抑制作用随 pH 值的增大而减弱
[ 22], H A 酸中
含羟基的芳环化合物对酪氨酸酶的作用机理与酪氨酸
和多巴的相似, 它们通过与酪氨酸和多巴竞争 E
oxy和
E
met. 把一部分酪氨酸酶从 黑色素合成的催化环中带
走, 降低酪氨酸酶在其中的浓度, 从而抑制黑色素的合
成, 不过它们中的一部分被氧化后的产物对细胞有副
作用
[ 23].
但随着黄 酮类新化合物 的发现, 如从福树 Gar2
cinia subelliptica 叶子部分的甲醇提取物中分离纯化
出两种二黄酮化合物
[ 24], 从苦参 Sophora f la vescens
的根部甲醇提取物中提取出三个黄酮类化合物
[ 25]. 这
些黄酮类化合物中
32位均不存在羟基, 但抑制活性均
很强, 后三种化合物甚至强于曲酸的抑制强度. 但这几
种化合物中均具有间苯二酚的结构, 说明 32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.
4 醛类化合物对酪氨酸酶的抑制作用
醛类化合物可以从植物中提取, 如茴香 醛
[ 26]、枯
茗醛
[ 27]、
对甲氧基水杨醛
[ 28]. 该类化合物主要是通过
羰基与酪氨酸酶活性中心周围的亲核基团如- SH
、-NH
2、
- OH 结合
[ 27], 形成稳定的螯合配体结构( 席夫
碱结构) , 生成的产物在酪氨酸酶的疏水性环境中能稳
定存在, 并在活性中心周围形成空间位阻, 阻止底物与
活性中心作用, 从而抑制酪氨酸酶的催化活性, 抑制黑
色素的合成. 由对天然提取的醛类化合物进行化学改
造, 研究其抑制酪氨酸酶的构效关系. 结果表明, 在醛
基化合物的对位引入推电子基团将使化合物对酪氨酸
酶的抑制强度明显增强, 并且随着推电子基团推电子
能力的增强, 其抑制强度也增大. 例如, 对甲氧基水杨
醛和对异丙基水杨醛对酪氨酸酶的抑制强度分别是水
杨醛的
34 倍和 237 倍
[ 28, 9]. 醛肟类化合物的对位引入
羟基或是甲氧基时, 该类化合物具有很强的抑制酪氨
酸酶的活性, 对位带有取代基的单取代、二取代均好于
三取代化合物. 第三个取代基的引入形成了空间位阻,
降低了其抑制酪氨酸酶的活性
[ 29]. 例如, 3, 42二羟基
苯甲醛
O2乙 烷基 肟 对酪 氨酸 酶抑 制的 半 抑制 浓度
I C
50是
0. 30 Lmol/ L
[ 2 9]. 并且还研究了 3, 42二羟基苯
乙氰和
42羟基232甲氧基苯乙氰对酪氨酸酶的影响, 它
们是对应的苯甲醛肟类化合物的氧化产物. 42羟基232
甲氧基苯乙氰没有抑制活性, 而 3, 42二羟基苯乙氰的
抑制活性低于对应的苯甲醛肟类化合物的抑制活性.
这说明肟基相较于氰基具有更强的抑制酪氨酸酶的活
性.
5 羧基化合物作为酪氨酸酶抑制剂的
抑制机理以及构效关系
带有羧基的化合 物如苯甲 酸
[ 30]、枯茗酸
( Cumic
acid)
[ 31]、肉桂酸类衍生物
[ 32]等对酪氨酸酶都有显著
的抑制作用. 苯甲酸族化合物, 在苯环的取代基团的类
型与位置对于该类化合物的抑制活性 也有重要的影
响, 也就是说研究抑制剂与酪氨酸酶的构效关系在抑
制剂的研究中是非常重要的. 从酶学的角度来看, 带羧
基类化合物对氧化态的酶( E
oxy) 的作用机理与酪氨酸
酶与底物的作用机理不同. 因为羧基是强吸电子基, 它
抑制了
E
oxy中的氧原子与芳环的 取代反应, 于是 E
oxy与之形成的化合物成了终端化合物, 从而降低了黑色
素合成过程中的酪氨酸酶浓度, 抑制黑色素的合成. 羧
酸型抑制剂也能通过与酪氨酸竞争
E
met来抑制黑色素
的合成, 这有待于用实验进一步证实.
图 4 慢结合抑制的模型F ig. 4 Slow2binding inhibitor y mechanism
通过对具有不同取代基的苯甲酸类衍生物的抑制
活性进行研究
[ 10, 31], 结果表明: 42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. 由此, 可推测在酶活性中心
附近可能存在一个疏水的狭缝, 有利于一定长度的碳
链插入, 使酶与抑制剂的结合更加紧密. 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. 也就是说, 42烷基取代苯甲酸
只与酶与底物的复合物作用. 当底物和酶结合时, 诱导
酶活性中心附近形成一个疏水的狭缝, 使 42烷基取代
苯甲酸与酶结合而抑制酪氨酸酶的活性. 但 42烷氧基
取代苯甲酸化合物对酪氨酸酶的作用不同于
42烷基
取代苯甲酸化合物, 碳链长度对于该类化合物对酶的
抑制效应没有太大的影响. 由此可以推测, 含苯环的抑
制剂, 其烷氧取代基与烷基取代基对酪氨酸酶的抑制
机理不同.
图 5 苯基硫 脲与 酪氨 酸酶( Emet) 复合 体活 性中 心的 结 构[ 36]F ig. 5 The structur e of phenyl thiourea binging to the active sit e of tyrosinase ( E )
对水杨酸进行结构改造, 比较其抑制酪氨酸酶的
构效关系
[ 33]. 对位烷氧基取代水杨酸比对应的对烷氧
基取代苯甲酸的抑制活性弱. 由此可以看出, 化合物的
羧基在抑制作用中起着关键性的作用, 当羧基邻位引
入羟基时, 使之产生空间位阻, 阻碍抑制 剂与酶的作
用, 从而使其抑制活性降低. 同时, 苯环上取代基的位
置对于抑制剂抑制活性的影响也是非常重要的. 当取
代基团位于水杨酸基团的对位时, 化合物的抑制活性
最强. 其次是间位, 水杨酸的邻位取代化合物的抑制活
性最弱.
6 硫化合物作为酪氨酸酶抑制剂的抑
制机理以及构效关系
从黑白块菌中提取出两种含硫的香味化合物
[ 34],
它们与 酪 氨 酸酶 的 结 合是 属 于 缓 慢结 合 型
( slow2
binding) , 类似的结合机理也在 L2含羞草氨酸( L2mi2
mosine) 、T roplone、m2香豆素等中发 现
[ 35]. 其 可逆的
结合模型表示如图
4. L2Mimosine 的抑制活性强于半
胱氨酸和谷胱苷肽的抑制活性. 在一定时间内, 反应初
速度降低得到抑制稳态速度. 随着抑制剂浓度的增加,
反应初速度和抑制稳态速度均降低. 抑制剂与酶迅速
形成抑制剂酶的复合物, 随后酶催化反应进行相对缓
慢的可逆反应. 苯基硫脲、二硫苏糖醇和巯基乙醇, 也
是含硫化合物, 它们均是酪氨酸酶的抑制剂, 所不同的
是这些化合物对酪氨酸酶的抑制作用是不可逆的. 硫
脲与酪氨酸酶还原态形式的酶结合( 图 5) , 将导致永
久性失活, 其抑制 作用主要 是通过硫 脲上的硫 取代
E
met活性中心两个铜离子之间的氢 氧化物桥联配体,
从而与酶活性中心形成很牢固的结合, 使化合物具有
不可逆抑制酪氨酸酶的活性. 含硫化合物中, 亚硫酸盐
及二氧化硫也均是酪氨酸酶的强效抑制剂, 曾经作为
果蔬的常用保鲜剂, 由于安全性问题已被禁用.
图 6 杂环类化合物酪 氨酸酶抑制剂的分子结构Fig. 6 Chemist ry str uctures of heter ocyclic compounds as inhbitors on tyr osinase
巯基化合物是酪氨酸酶独特的抑制剂, 例如半胱
氨酸、
L2半胱氨酸二羧酸盐、半胱氨酰色氨酸等半胱氨
酸衍生物以及卡托普利( Captopril)
[ 37]、
甲巯咪唑( T h2
iamazole) 等化合物都是酪氨酸酶的有效抑制剂. 在这
些巯基化合物中的巯基具有较强的还原能力和化学反
应活性, 可与酪氨酸酶的活性中心络合或是与酪氨酸
酶的催化产物结合形成无色化合物, 所以对酪氨酸酶
具有很强的抑制活性. 在这些化合物中, 有些是作为人
类疾病毒药物而得以应用. 例如, 卡托普利是一种抗压
药物, 甲巯咪唑被用于治疗甲状腺疾病. 在这些化合物
中, 倘若把原子硫取代掉, 将大大降低对酪氨酸酶的抑
制作用, 显示硫原子的重要作用.
7 杂环类化合物
随着酪氨酸酶抑制剂研究的深入, 研究出许多具
有新型母核结构的抑制剂, 化学结构式如图 6 所示. 下
面分别作简要的介绍:
( 1) N2取代的亚硝基羟基胺类化合物: 亚硝基羟
基胺母核结构( 化合物 I) 基础上进行结构改造, 其 R
取代基团为带有不同取代基及取代基 位置不同的苯
环、
直链、支链和环烷烃. 该类化合物可以通过互变异
构体而与酶的底物竞争结合到酶的活性中心的双铜离
子而产生抑制作用, 其互变异构体见化合物 II. R 取代
基团可以通过位阻效应而影响化合物的生物学活性.
例如, 铜铁试剂( Cupferron 化合物 III) 是酪氨酸酶典
型的抑制剂
[ 38], 我们对它的酪氨酸酶抑制作用机理及
抑制动力学进行系统地研究, 铜铁试剂对蘑菇酪氨酸
酶的单酚酶和二酚酶活力的抑制作用
I C
50分别为0. 52
Lmol/ L 和 0. 84 Lmol/ L. 铜铁试剂对单酚酶的效应不
仅能显著地延长迟滞时间, 而且能降低稳定态的活力.
铜铁试剂对二酚酶的效应表现为可逆的竞争性抑制类
型, 该抑制作用可以通过加入铜离子而复活. 实验结果
表明, 铜铁试剂对酪氨酸酶的抑制作用是通过螯合酶
活力中心铜离子而导致酶活力的丧失. Dopastin ( IV)
也是酪氨酸酶的有效抑制剂, 其抑制作用的 I C
50为
20
Lmol/ L, 抑制作用表现为可逆的竞争性类型
[ 39].
( 2) Oxadiazole 类似物: 带氧杂环化合物, 如化合
物
V、VI、VII, 也是酪氨酸酶的有效抑制剂
[ 40]. 化合物
V 具有两个杂环, 化合物 V I 中有一个杂环和一个苯
环, 化合物 V II 的具有化合物 V 和化合物 VI 的结构,
以化合物
VII 的抑制活性最强, 它对酪氨酸酶的 I C
50为
2. 18 Lmol/ L.
( 3) 含硒化合物: 硒与硫属于同族化合物, 是生物
电子等排体( Classical isostar) . 具有一定结构的含硒
的化合物也是酪氨酸酶的抑制剂, 如化合物 VIII、IX、
X、XI. 化合物 X 具有吡啶五元环, 它的抑制活性要强
于
VIII、IX、XI 的活性, 而且, 化合物 X 对黑色素细胞
中的黑色素的生成有显著抑制作用. 在化合物 XI 系
列化合物中的
4c位甲基和 R
1取代基对其抑制活性具
有重要的影响
[ 41- 42].
8 卤代化合物
我们研究
42卤代苯甲酸
[ 43]( 42氟苯甲酸、42氯苯甲
酸、
42溴苯甲酸) 对蘑菇酪氨酸酶的单酚酶和二酚酶活
力的影响, 结果表明, 42卤代苯甲酸对蘑菇酪氨酸酶的
单酚酶和二酚酶均有抑制作用. 它们对单酚酶的 I C
50分别为
1. 03 mmol/ L、0. 75 mmol/ L 和 0. 60 mmol/
L; 对二酚酶的 I C
50分别为
0. 26 mmol/ L、0. 20 mmol/
L 和 0. 18 mmol/ L; 其抑制活性大小顺序是: 氟代化合
物> 氯代化合物> 溴代化合物. 对二酚酶的抑制作用
表现为可逆的反应, 属于非竞争性类型, 抑制常数分别
为
0. 25 mmol/ L、0. 20 mmol/ L 和 0. 17 mmol/ L. 氟
代苯甲醛类( 22氟苯甲醛、32氟苯甲醛、42氟苯甲醛) 对
蘑菇酪氨酸酶的单酚酶和二酚酶也有抑制作用. 它们
对单酚酶的
I C
50分别为
1. 35 mmol/ L、1. 18 mmol/ L
和
1. 05 mmol/ L; 对二酚酶的 I C
50分别为
1. 65 mmol/
L、1. 10 mmol/ L 和 0. 15 mmol/ L; 其抑制活性大小顺
序是: 42氟苯甲醛> 32氟苯甲醛> 22氟苯甲醛. 它们对
二酚酶的抑制作用也是可逆反应, 42氟苯甲醛和 32氟
苯甲醛的抑制作用是混合型, 而 22氟苯甲醛的抑制作
用属于竞争性类型. 22氟苯甲醛、32氟苯甲醛和 42氟苯
甲醛对游离酶的抑制常数( K
I) 分别是为 0. 93 mmol/
L、0. 68 mmol/ L 和 0. 11 mmol/ L. 42氯水杨酸也是酪
氨酸酶的有效抑制剂, 我们测定它对蘑菇酪氨酸酶的
单酚 酶 和 二 酚 酶 的 抑 制 作 用 的
I C
50分 别 为
1. 89
mmol/ L 和 1. 05 mmol/ L, 42氯水杨酸也 能显著地延
长单酚酶的迟滞时间, 并且对多种微生物有抑制生长
作用, 对大肠杆菌的最低抑制浓度( MIC) 为 250 Lg/
mL, 最低杀菌浓度( MBC) 为 500 Lg/ mL.
9 从动植物体内提取生物活性物质
酪氨酸酶抑制剂广泛存在于生物有机体中, 例如,
从柑橘中提取的鞣酸、
从苹果中纯化的苹果多酚、
Car2
dol 等植物多酚 类物质具有抑制酪氨酸酶的活 性. 我
们曾经报道了鞣酸对蘑菇酪氨酸酶的单酚酶和二酚酶
活力的影响
[ 44]. 鞣酸对单酚酶活力的影响主要表现在
它能显著延长酶作用的迟滞时间, 而对稳态活力的影
响不大, 但鞣酸对二酚酶活力的抑制作用很强, 它是一
种可逆的竞争性抑制剂, I C
50为
65 Lmol/ L, 抑制常数
K
I为
36. 3 Lmol/ L. 有文献报道, 从 Cr ocus saf ivus 的
花瓣中分离纯化的化合物( 1) 和( 2)
[ 45]. 结构式见图 7.
它们是同分异构体, 化合物( 1) 对酪氨酸酶没有作用,
而( 2) 具有较强的抑制活性. 说明 42位和 52位的羟基
的取向决定了该类化合物是否具有抑制酪氨酸酶的活
性. 化合物( 3) 是从 Crocussa f ivus 柱头中提取的新的
化合物, 也具有很强的抑制酪氨酸酶的活性
[ 46].
从
Sa lsola f oetida 提取的化合物( 4) 、(5) 和( 6)
图 7 从 Cr ocus saf ivus 提取的酪氨酸酶抑制剂结构 F ig. 7 Chemistr y str uctures of inhibitors extracted from
Cr ocus sa f ivus
( 4) R= H , Rc = H ( 5) R= MeO, Rc = H ( 6) R= H , Rc = Me
图 8 从 S alsola f oetid a 提取的酪氨酸酶抑制剂结构式 F ig. 8 Chemistr y str uctures of inhibitors extracted from
Sa lsola f oetida
图 9 从 R hodod endr on collettia num 提取 的酪 氨酸酶 抑 制剂结构式
F ig. 9 Chemistr y str uctures of inhibitors extracted from Rhod odendr on col lettia num
结构式见图
8. 它 们对酪氨 酸酶有很 强的抑制 作用,
I C
50分别为
2. 61, 1. 85, 0. 40 Lmol/ L, 化合物( 6) 的抑
制活性最强
[ 47], 比较其结构特点, 我们可以看到, R 和
Rc 取代基团的类型在抑制作用中起 作用. 从 Rhodo2
dend ron collettia num 气生部分提取的新 型化合物结
构式见图
9, 其抑制活性( I C
50= 1. 33 Lmol/ L) 强于曲
酸的抑制活性( I C
50= 16. 67 Lmol/ L)
[ 48]. 天然提取的
化合物对酪氨酸酶有抑制活性, 可以通过筛选这些抑
制剂, 寻找出高效抑制酪氨酸酶活性的母核结构, 在此
基础上对其结构进行改造, 以设计新型高效无毒副作
用的酪氨酸酶抑制剂.
有文献报 道, 存在于 蜂蜜中 有一种 分子量 约为
600 的多肽具有抑制酪氨酸酶活性的作用
[ 49]. 我们从
也有很强的抑制作用
[ 50], Sugumaran1 和 Nellaiappan
也从
M. sexta 幼虫的表 皮中提取 到分子量 约为 380
ku 物质, 是一种热敏感蛋白质, 也具有酪氨酸酶抑制
作用 的活 性
[ 5 1]. Goetghebeur & Kermasha
[ 52]从
A.
niger 中提取到一种金属硫蛋 白, 也具有 抑制酪氨酸
酶的活性, 该蛋白可选择性地与重金属如 Zn
2+, Cu
2+,
Cd
2+或
H g
2+等结合. 在人的皮肤中也存在酪氨酸酶
抑制剂, 分子量为 66 ku
[ 53]. Tsukamoto 等从家蝇的蛹
中提取到三个低分子量的蛋白均为酪 氨酸酶的抑制
剂
[ 54]. 研究结果表明, 这类抑制剂主要是通过与酪氨
酸酶结合形成稳定的复合物而抑制酪氨酸酶的催化活
性.
随着结构生物学的发展, 对海洋生物活性物质的
分离、
鉴定, 不 断出 现新型 的酪 氨酸酶 抑制 剂, 例如
Tekraketones、cycloartanle 型 三萜化合 物、含 有哌啶
环的化合物等等
[ 55], 它们都具有很强的酪氨酸酶抑制
作用. 通过对这些物质的构效关系研究, 提供了具有新
型母核结构的酪氨酸酶抑制剂, 为进一步提高化合物
的抑制活性提供了有用的信息.
10 酪氨酸酶抑制剂的应用
酪氨酸酶抑制剂在医学上具有重要的应用价值,
这是因为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. 当前化妆品
市场上的美白产品大多数以酪氨酸酶抑制剂为主, 并
且每年以较快的速度发现新的该类化合物. 目前市场
上主要的美白剂有曲酸及其衍生物、
Vc 及其衍生物、
绿茶提取物、
甘草提取物等中药提取物, 研究表明这些
均是酪氨酸酶的抑制剂, 并主要是通过抑制酪氨酸酶
的活性而达到抑制黑色素合成, 进而发挥美白的作用.
虽然随着研究的深入, 会出现不仅仅只是通过抑制酪
氨酸酶而达到降低黑色素生成的美白剂, 但是酪氨酸
酶抑制剂作为化妆品美白剂的地位仍会是举足轻重.
酪氨酸酶又称多酚氧化酶, 广泛存在于果蔬中, 是
引起水果、
蔬菜发生酶促褐变的主要酶类. 它可使很多
果蔬在贮存、
处理、加工过程中容易产生褐变反应, 如
桃子、
葡萄、
苹果、
马铃薯、
鳄梨等. PP O 可以氧化果蔬
中的内源性多酚物质生成黑色素, 影响了果蔬制品的
营养、
风味及外观品质和商品价值, 使产品难以进入市
场. 目前采用酪氨酸酶抑制剂如半胱氨酸、V c、柠檬酸
等处理果蔬, 是水果保鲜手段之一.
多酚氧 化 酶 在 昆 虫 体 内 也 普 遍 存 在. 1978 年
Rockstein 指出多酚氧化酶在昆虫脱皮时的鞣化过程
中起重要作用. 早在 1993 年, 张宗炳指出, 探索新杀虫
药剂的一条最有希望的途径是生物合理途径, 主要有
8 个方面, 其中/ 原酪氨酸酶抑制剂0和/ 鞣化过程抑制
剂
0被列在第一、二位
[ 8], 酪氨酸酶抑制剂有希望发展
成为新型的生物杀虫剂.
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