梁光平，江仁望

(1.遵義醫(yī)藥高等?？茖W校 藥學系，貴州 遵義 563006；2.暨南大學 藥學院，廣東 廣州 510632)

隨著世界范圍內的人口老齡化進程的加快，高血壓、冠心病等心血管疾病的發(fā)病率逐年上升，致使心衰的患病率也逐漸升高[1]。目前，我國的心衰患者約400萬[2]。由于心臟結構或功能異常而導致心臟射血能力受損，臨床上主要表現(xiàn)為呼吸困難和乏力，嚴重影響患者的生活質量，其五年生存率和惡性腫瘤相似[3-4]。研究表明[4]，心衰主要是由于生物體內Na+/K+-ATP酶(簡稱NKA)對細胞膜電位的調節(jié)功能失去平衡所致。利用一些特殊的小分子配體對NKA進行抑制性調節(jié)可有效的改善心衰的癥狀，而這些對NKA具有抑制活性的小分子配體也被稱為NKA抑制劑。天然產(chǎn)物及其結構修飾產(chǎn)物作為NKA抑制劑的主要來源，經(jīng)過大量的實驗已積累了豐富的研究資料，集中歸納可分為以地高辛、洋地黃毒苷為代表的強心甾類成分以及其他的非強心甾類成分。本文根據(jù)文獻調研，重點對非強心甾類NKA小分子抑制劑的研究進展進行綜述。

1 Istaroxime及其類似物

Istaroxime，即(z,e)-3-[O-(2-氨基乙基)酮肟]-(5α)-雄甾-3,6,17-三酮，最初是由意大利Sigma-Tau公司旗下的Gobbini等學者發(fā)現(xiàn)的。他們以來源于豆科植物幾內亞格木(Erythrophleumsuaveolens(Guill.& Perr.) Brenan)中的二萜生物堿Cassaine(1)作為模型，通過化學合成獲得具有酮肟結構的化合物(圖1，2)[5-6]。對二者進行活性測試發(fā)現(xiàn)，istaroxime對NKA的抑制活性(IC50= 0.2 μM)高于卡灑因(cassaine,IC50= 5.0 μM)，是cassaine對NKA抑制活性的25倍[7]。此外，istaroxime除了可以抑制NKA，還可以通過影響肌質網(wǎng)對Ca2+的攝取[8-9]，引起心肌細胞內Ca2+濃度升高，發(fā)揮正性肌力作用。與傳統(tǒng)的甲型強心苷類藥物(如地高辛)相比，istaroxime對NKA的抑制活性更強，不良反應也更少[10-12]。目前，istaroxime已作為新型強心藥進行開發(fā)，并通過FDA審批完成II期臨床研究[13]，有望成為代替地高辛等強心甾類藥物的新型強心藥。

鑒于istaroxime對NKA具有良好的抑制活性，Gobbini等[14]合成了一系列C3位和C6位具有不同取代基的istaroxime類似物，并通過活性測試以考察C3位、C6位不同取代基對其NKA抑制活性的影響。對于將C3位取代基變換為其他含氮取代基時，所有化合物對NKA都具有抑制活性。但是，只有少數(shù)幾個化合物對NKA的抑制活性強于istaroxime，并且當C3位的含氮取代基呈鏈狀時，這些化合物對NKA的抑制活性隨著取代基的增長而顯著減低。當C3位取代基為氮雜環(huán)時，化合物對NKA的抑制活性隨著含氮雜環(huán)與甾核的距離或氮雜環(huán)的增大而減弱。同時，大部分化合物對NKA的抑制活性似乎也與胺的種類有關，C3位被一級胺、二級胺取代的化合物，其活性比三級胺取代的化合物更強(見表1)。

圖1 Cassaine和Istaroxime的結構

表1 C3位不同取代基的istaroxime類似物及其NKA抑制活性

編號構型RIC50(μM)編號構型RIC50(μM)3z,e0.3710z,e0.244z,e0.3811z,e40.55z,e28.512z,e0.0266z,e0.6913z,e1.307z,e0.2314z,e11.08z,e1.8015z,e23.09z,e0.1016e1.10

對于將C6位的羰基變換為其他常規(guī)取代基時，大部分化合物的活性也同樣減弱[15]。例如，C6位被乙酰胺取代時，化合物對NKA的抑制活性相對于istaroxime降低了近400倍；C6位被羥肟或甲氧肟基取代時，化合物的活性則提升了4倍以上。但是，當C6位肟取代基的空間體積越大時，化合物的活性則越弱。說明C6位被沒有構型變化以及空間體積小的基團(如-C=N-)取代時，有利于提高化合物的活性，而當C6位被具有空間構型變化的基團(如-OH、-COOH、-NHAc等)取代時，由于該位置具有構型的不確定性，化合物的NKA抑制活性呈減弱趨勢(見表2)。

表2 C6位不同取代基的istaroxime類似物及其NKA抑制活性

編號RIC50(μM)編號RIC50(μM)17=CH20.04226α-Me0.3018=CF20.1927α-OMe0.7119(e)=NOH0.02428α-COOH16.020(e)=NOMe0.01729α-NHAc45.021(e)=NOEt1.730β-OH2.122(e)=NOAllyl43.031β-CH2OH1.623α-OH0.5232β-CH2OMe3.024α-CH2OH0.1833β-Me6.025α-CH2OMe0.5034β-OMe1.5

此外，Cerri A等[16]學者還利用C17被羰基以及醛基取代的雄甾酮為原料，對C17位的取代基進行了結構修飾，并評價了這些化合物的NKA抑制活性(見表3)。結果表明，當修飾發(fā)生在C17位醛基時，化合物末端被含氮取代的NKA抑制活性普遍優(yōu)于末端為-H、-Me、-OH、-COOH的化合物。但是，當肟醚片段的雙鍵被還原以后，這些末端含氮化合物的NKA抑制活性則呈不同程度的降低。同時，當修飾直接發(fā)生在C17位時，即使是末端被含氮取代的化合物，其NKA抑制活性也很弱。根據(jù)研究結果可知，甾核C17位被6個原子長度的氨基側鏈取代的化合物具有最強的NKA抑制活性。

表3 C17位不同取代基的肟醚化合物及其NKA抑制活性

編號構型RIC50(μM)35eCH=NOH10036zCH=NOH>10037eCH=NOCH33238eCH=NO(CH2)2N(CH3)21.039eCH=NO(CH2)3N(CH3)20.2540eCH=NO(CH2)4N(CH3)22.041eCH=NO(CH2)2NH20.1642eCH=NO(CH2)3NH20.0243eCH=NO(CH2)4NH20.5044e,eCH=CHCH=NOCH34.045e,eCH=CHCH=NO(CH2)2CH31046e,eCH=CHCH=NO(CH2)2OH6.347e,ezCH=CHCH=NOCH2COOH>10048e,eCH=C(CH3)CH=NOCH31049e,eCH=C(CH3)CH=NO(CH2)2OH7.950e,eCH=C(CH3)CH=NO(CH2)2NH20.0351e,eCH=C(CH3)CH=NO(CH2)3NH20.2052e,eCH=C(CH3)CH=NO(CH2)4NH21.2653CH2NHOCH37954CH2NHO(CH2)2N(CH3)25055CH2NHO(CH2)2NH21.5856CH2NHO(CH2)3NH20.4057eCH=CHCH2NHOCH34058eNO(CH2)2N(CH3)2>10059eNO(CH2)3N(CH3)2>10060eNO(CH2)4N(CH3)2>10061eNO(CH2)4NH2>100

2 多羥基呫噸酮

多羥基呫噸酮主要是由Zijian Xie等[18]人為了尋找和開發(fā)非甾體類NKA抑制劑所開展的研究工作。這些多羥基呫噸酮對NKA的抑制活性受呫噸酮骨架中酚羥基數(shù)量和位置的影響(見表4)。當酚羥基的連四取代位置處于靠近吡喃環(huán)的氧端，化合物對NKA的抑制活性最強(見表4，67)，其IC50為1.5 μM，與烏本苷(ouabain)相當。值得一提的是，呫噸酮類化合物與NKA的相互作用不受Na+、K+或ATP的影響。與ouabain等[17]強心甾不同的是，它在發(fā)揮NKA抑制活性的同時，不激活Src，因而不影響下游信號通路。而當呫噸酮骨架上的羥基被甲氧基取代時，這些呫噸酮類化合物對NKA的抑制活性減弱。此外，Zijian Xie等[18]以呫噸酮為藥效團還設計了很多個類似于化合物67的新型NKA小分子配體。

表4呫噸酮類化合物及其NKA抑制活性

編號R1R2R3R4R5R6R7R8IC50 (μM)62OHHOHHHHHH>10063HHOHOHHHHH>10064OHHOHHOHHHH6565HHOHOHOHHHH1066OHHOHHOHOHHH6067HHOHOHOHOHHH1.568HHOMeOMeHOMeHH>10069HHHHHHHH>10070OHHOMeHHHOHOMe>10071OHHOMeHHHOMeOH>10072OMeOMeOMeHHHOMeH>100

3 萜類

萜類化合物在自然界中分布廣泛、種類繁多、結構復雜且具有多種生物活性。在這些萜類天然產(chǎn)物中，從褐藻Sargassumsiliquastrum(Mertens ex Turner,C.Agardh)分離得到一系列具有苯并吡喃結構的二萜化合物(見表5)，對NKA具有不同程度的抑制活性[19-20]。其中，化合物76、80對NKA的抑制活性與ouabain(IC50= 4.6 μM)的強度接近(見表5)?；衔?8、84對NKA抑制活性的IC50也在10 μM以內，這些化合物似乎可以作為NKA抑制劑進行開發(fā)。但是，這些化合物與NKA抑制活性的構效關系以及它們與NKA具體的作用方式尚不清楚。

表5具有苯并吡喃結構的二萜化合物及其NKA抑制活性

編號RIC50(μM)編號RIC50(μM)7330.48160.67443.68220.27583.18330.5763.6847.07714.085>100786.08645.07924.487>100804.688>100

除了上述的二萜化合物以外，一些諸如人參皂苷、熊果酸、柴胡皂苷等三萜類天然產(chǎn)物對NKA也具有抑制活性(見圖2)。在這些化合物中，以人參皂苷Rh2(Ginsenoside Rh2，89，IC50= 37.5 μM)和熊果酸(Ursolic acid，90，IC50= 76.7 μM)的活性最強[21]。但是，它們對于NKA抑制活性的強度還是遠低于ouabain、蟾毒靈等強心甾類成分。

圖2 具有NKA抑制活性的三萜類天然產(chǎn)物

4 黃酮

黃酮是以2-苯基色原酮為基本母核的一類天然產(chǎn)物。根據(jù)結構的特點又分為黃酮、二氫黃酮、黃酮醇、黃烷醇、查爾酮等16種類型。據(jù)文獻報道[22]，具有兒茶素結構的(-)epicatechin(95)、(-)epicatechin-3-gallate(96)、(-)epigallocatechin(97)、(-)epigallocatechin-3-gallate(98)對NKA具有抑制活性。并且當C3-OH被沒食子?；〈院?96，98)，化合物NKA抑制活性的IC50可達到1.0 μM。并且(-)epigallocatechin-3-gallate為非特異性的NKA抑制劑，它不僅對NKA具有抑制活性，對H+/K+-ATP酶以及Ca2+-ATP酶亦具有微弱的抑制作用。換言之，(-)epigallocatechin-3-gallate屬于多種P型ATP酶的小分子配體。在黃酮類化合物中，除了上述的幾種兒茶素對NKA具有抑制活性，槲皮素(99，見圖3)對NKA的抑制活性也可達到微摩爾級(IC50= 73.68 μM)[23]。

圖3 具有NKA抑制活性的黃酮類化合物

5 丹酚酸

丹酚酸是常用中藥丹參水溶性成分的總稱，多具有酚酸性結構，如丹酚酸A(見圖4，100)和丹酚酸B(見圖4，101)。它們對心臟具有多種保護作用，如心肌缺血再灌注損傷、心臟微血管內皮細胞的延遲保護以及對動脈粥樣硬化的防治等，尤以丹酚酸B的作用最顯著[24]。研究表明，丹酚酸B主要是通過增加細胞內Ca2+濃度來實現(xiàn)對NKA產(chǎn)生抑制作用，進而對心臟產(chǎn)生多種藥理活性[25-27]。同時，丹酚酸B與Mg2+形成配合物(見圖4，102)后，可以提高與NKA結合的穩(wěn)定性。并且通過分子對接模擬發(fā)現(xiàn)，化合物102與NKA相互作用的氫鍵區(qū)域和ouabain類似[28]。此外，利用不同的金屬離子對一些與丹酚酸B具有相似結構的化合物進行配位后(見圖4，103)，所形成的配合物也具有與丹酚酸B鎂相似的NKA抑制作用[29]。

圖4 具有NKA抑制活性的丹酚酸類化合物

6 生物堿

生物堿是一類含氮的堿性有機化合物，具有多種生物活性，是中草藥中重要的有效成分之一。其廣泛分布于植物界，迄今為止在動物中發(fā)現(xiàn)的生物堿極少。在這些生物堿中，血根堿(見圖5，104)對NKA具有較好的抑制活性(IC50= 5.6 μM)，并且血根堿可能作用于強心苷結合位點[30]。除了血根堿以外，鹽酸小檗堿(見圖5，105)也有較弱的抑制活性。但與血根堿不同的是，鹽酸小檗堿主要是通過關閉K+通道，刺激Na+/Ca2+離子交換來實現(xiàn)強心作用[31]。而且，鹽酸小檗堿在100 μM的濃度下，對來源于豬腦的NKA不會產(chǎn)生抑制活性，通過實驗測得其IC50僅為0.69 mM。

圖5 血根堿與鹽酸小檗堿的結構

此外，幾種來源于苦豆子的生物堿(苦參堿、氧化苦參堿、槐果堿、槐定堿、苦豆堿、野靛堿)對NKA也具有一定的抑制活性(見圖6)。在這6種生物堿中，以苦豆堿、野靛堿對NKA的抑制活性最強(抑制率分別為37.2 %、35.6 %)，并且它們對NKA的抑制活性存在劑量依賴性，其抑制率隨著濃度的增大而升高?；倍▔A、氧化苦參堿對NKA的抑制率分別為25.9 %和18.3 %，處于6個生物堿的中間水平。而苦參堿和槐果堿對NKA的抑制率均低于15.0 %，且沒有劑量依賴性[32]。

圖6 幾種苦豆子生物堿的結構

7 其它化合物

由于NKA普遍存在于各個器官組織中，對NKA具有抑制活性的化合物很多。具有Coumestan骨架的蟛蜞菊內酯(112，IC50= 0.7 μM)及其類似物也具有較強的NKA抑制活性(見圖7，113～122)?；衔?13對NKA的抑制活性與蟛蜞菊內酯相當(IC50= 0.7 μM)。而化合物114～122對NKA抑制活性的IC50為3 ～ 30 μM不等[33-35]。

圖7 具有Coumestan骨架的化合物結構

除了具有Coumestan骨架的化合物，還有如圖8所示的蒼術酮(123)、紫蘇醇(124)、Ustalic acid(125)對NKA都有不同程度的抑制活性。蒼術酮對ATP酶的抑制活性為非競爭性的，它可以對NKA、Mg2+-ATP、H+/K+-ATP、H+-ATP、Ca2+-ATP等多種酶都具有抑制活性。但對NKA的抑制活性最強，其IC50為8.9 μM，而且在升高K+濃度時不影響Na+的濃度[36]。紫蘇醇和Ustalic acid對NKA的抑制活性均弱于蒼術酮，其活性均為毫摩爾級。其中，紫蘇醇對來源于豬腦、豬腎NKA抑制活性的IC50分別為1.0 mM、1.5 mM[37]。Ustalic acid對來源于老鼠腸粘膜細胞NKA抑制活性的IC50為0.77 mM[38]。

圖8 具有NKA抑制活性的其它化合物

8 展望

地高辛、洋地黃毒苷等強心甾類藥物雖然是臨床上用于治療心衰的主要藥物，但是這些強心甾治療劑量相當于中毒量的60%，其安全窗口較小。同時，大量的臨床研究也表明了這些藥物容易引起致命性心律失常，例如異位節(jié)律點自律性增高、房室傳導阻滯、竇房結抑制等不良反應，嚴重時還會造成患者死亡。對于大多數(shù)患者而言，這些強心甾類藥物并不是理想的強心藥物。因此，積極尋找和開發(fā)非強心甾類強心藥具有重要的臨床意義。

天然產(chǎn)物因具有來源豐富、成分結構復雜多變、毒副作用小、價格低廉特點而成為了藥學工作者尋找新型強心藥的熱點對象。雖然從中也發(fā)現(xiàn)了一些非強心甾類化合物對NKA具有抑制活性，但這些化合物的NKA抑制活性都比較弱，為了獲得具有更好活性的NKA小分子抑制劑，則需要結合有機合成技術對其進行結構改造。其中，關于istaroxime的研究就是最具代表性的例子。隨著科學技術的發(fā)展，有理由相信將會有越來越多的高效低毒的非強心甾類小分子用于抑制NKA的活性，進而用于治療心力衰竭。