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1、微生物来源的醛糖还原酶抑制剂的研究进展【摘要】 糖尿病并发症与糖代谢多元醇通路激活有关。醛糖还原酶是多元醇代谢通路中的限速酶，醛糖还原酶抑制剂能有效抑制此通路，减慢或改善糖尿病并发症。本文主要概述了微生物来源的醛糖还原酶抑制剂的研究进展。【关键词】 醛糖还原酶抑制剂； 糖尿病并发症； 微生物来源 ABSTRACT Diabetic complications is related to the activation of polyalcohol pathway. Aldose reductase is a key ratelimiting enzyme in the pathway, whil
2、e aldose reductase inhibitors can inhibit the pathway and alleviate the symptoms of diabetic complications. This review mainly gives a brief account of the progress of research on aldose reductase inhibitors from microorganisms. KEY WORDS Aldose reductase inhibitors; Diabetic complications; Microbia
3、l origin 糖尿病(diabetes mellitus，DM)是一种多病因的代谢性疾病，其特征之一就是葡萄糖代谢异常和某些组织中高血糖状态。1995年，世界卫生组织统计全世界糖尿病在成人中发病率为4%，预计在2025年将达到8%。闫泉香等6利用体外细胞培养研究了黄酮类ARIs的活性，通过测定样品对红细胞山梨醇生成的影响来测定化合物的抑制作用。通过组织贴块法培养大鼠主动脉平滑肌细胞，高效液相色谱测定反应体系中反应后剩余的醛糖还原酶的辅酶NADPH的荧光强度，推算出反应体系中醛糖还原酶的活性，逆转录聚合酶链式反应(RTPCR)检测醛糖还原酶mRNA的表达，这种方法简便、可靠，既可以用于高通量
4、ARIs筛选，也可在此模型的基础上进行相关的药物筛选以及药物作用机制的研究7。刘英华等8从大鼠晶状体中提取AR，通过改变酶促反应条件最终确立整个反应体系的组成，建立了ARIs筛选模型，并利用此模型检测槲皮素对AR的抑制作用。 3 微生物来源的ARIs ARIs来源主要有：由化学合成制备，主要代表有托瑞司他(tolrestat)和依帕司他(epalresta)；从植物筛选得到，代表化合物槲皮素；从微生物筛选得到。从微生物的代谢产物中寻找有潜在治疗价值的药物，一直是科研工作者的首选目标，ARIs也不例外，在这一方面，日本学者做了许多研究，取得了一定的成绩。截止目前，已从微生物产物中筛选出20多种A
5、RIs，并且有的ARIs的IC50值很小，主要来源于真菌和放线菌，而细菌来源的目前尚没有相关报道。 微生物是化合物多样性的重要来源，它们中许多具有生物活性或药用特性。微生物来源的潜在ARIs种类丰富，建立ARIs化合物库，分析其构效关系，找到必需基团，可为ARIs化合物提供合成的前体；从目前已分离到的微生物来源的ARIs出发，找出它们共有的特征，也可启发人们设计更高活性的ARIs。以下就近年来从微生物来源中所得到的ARIs的种类及活性(体外测定)研究做一概括的介绍。 最早从微生物中得到ARIs是Nishikawa等9报道的，他们在日本福岗地区土壤中筛选到真菌Chaetomella raphig
6、era，从其发酵液乙酸乙酯部分分离得到WF3681(2，图2)对兔晶状体AR具有抑制活性，其IC50为mol/L，活性明显高于IC50为mol/L的索比尼尔对照样品；后来合成出WF3681的一系列衍生物，并且分析了构效关系，实验证明WF3681及其衍生物均能抑制糖尿病大鼠中的山梨醇积累，其中的一种衍生物(3，图2)效果最好。 从束丝放线菌Actinosynnema sp.和淡紫色拟青霉Paecilomyces lilacinus中都能分离得到苯并噻唑(4，图2)，在mol/L时对人胎盘AR有抑制作用。后来，Ozasa等10从Actinosynnema 304菌株的代谢产物中分离纯化得到两种新的
7、物质Thiazocins A和B，这两种物质对人胎盘AR有很强的抑制作用，IC50分别为和mol/L。 Aldostatin(5，图2)是从日本土壤中筛选到的真菌Pseudeurotium zonatum M4107代谢产物，对牛晶状体AR有抑制活性11。后来从灰色腐质霉Humicola grisea的代谢物中筛选到一种Aldostatin结构类似物WF2421(6，图2)，这种类似物对兔晶状体AR有显着的抑制作用，其IC50为mol/L12。 从Crucibulum sp. RF3817的发酵产物中分离得到对鼠晶状体醛糖还原酶(RLAR)显示较强抑制的活性物质Salfredins A3、A4
8、、A7、C1、C2、C3和B11等7种化合物，其中A4、B11(7、8，图2)活性较高，进一步研究发现它们都含有一个甘氨酸基团，此基团与抑制活性有密切相关13。 在青霉属的Penicillium citrinum发酵液中分离得到对RLAR有抑制作用的桔霉素(9，图2)；此外，在另一种青霉属的也分离到对RLAR有抑制作用的化合物DHMI(10，图2)，它们的IC50都在10mol/L左右。以这两种化合物为基础的衍生物已被合成和进一步研究，其中之一的dihydrocitrinin(11，图2)是对AR的一种不可逆抑制剂，并且有稳定有效的活性14。最近Lu等15从海洋真菌Penicillium 图2
9、 微生物来源的部分ARIs化学结构式citrinum B57中也分离到桔霉素衍生物，对RLAR的IC50为mol/L。 Yoshida等16从真菌属的Chaetomella circinoseta代谢产物中分离得到了对RLAR有抑制作用的化合物(12，图2)，其IC50为mol/L，效果明显好于IC50为mol/L的对照组托瑞司它。 从嗜碱棒状杆菌Corynebacterium sp.发酵液中分离得到的YUA001(13，图2)对猪肾AR的抑制活性IC50为10-3mol/L17。强翔等18应用ARIs微量高效筛选模型对数千株阳性菌株进行筛选，其中灰色链霉菌SIPI99807的代谢产物5，7二
10、羟基3(4羟基苯酚)4氢1苯并吡喃4酮(14，图2)对牛眼晶状体AR有抑制活性。后来，任晓等19从云南筛选得到N99253菌株，发酵分离获得了结构类似物质异黄酮类化合物7(L鼠李糖基)5羟基3(4羟基苯酚)4氢1苯并吡喃4酮(N99253B)(15，图2)，针对猪晶状体AR活性测定IC50为75g/ml19。 2002年Rao等20从黑曲霉Aspergillus niger CFRW105菌株代谢产物中分离得到nigerloxin(16，图2)，它对RLAR的IC50值为69mol/L。2003年Rao等21又从Aspergillus niger CFR1046菌株的发酵产物中分离得到aspe
11、raldin，对AR显示较强的抑制作用，IC50为27mol/L。 Fujita等22从曲霉Aspergillus 388的发酵液中分离出对人重组体AR(HRAR)呈抑制活性的黄酮类化合物8羟基黄豆苷元(8hydroxydaidzein)(17，图2)，其IC50为mol/L；对照品为一种常用黄酮类物质槲皮素，其IC50为mol/L，活性弱于槲皮素，8羟基黄豆苷元表现为非竞争性抑制。研究发现，与8羟基黄豆苷元结构类似的物质黄豆苷元在100mol/L时对HRAR也不能表现出任何活性，从结构上发现可能是在环上的邻二羟基决定其是否有活性。 2005年Dong等23从云南土壤的Streptomyces
12、 diannanensis中分离出了两种异黄酮鼠李吡喃糖苷类化合物N99596A和B(18、19，图2)，它们对AR的体外IC50分别为170和165mol/L。 2006年任晓等24利用高通量ARIs筛选方法，从数千株放线菌和真菌中筛选得到阳性菌株邬氏黄丝曲霉(Talaromyces wortmannii)，并从发酵产物中分离得到活性化合物F01195A(20，图2)，其对猪晶状体有抑制作用，IC50为mol/L。Chidananda等从青霉属的Penicillium frequentans发酵液中分离得到一种有效的ARIs核丛青霉素(21，图2)，对RLAR的IC50为mol/L，其活性显
13、着高于同一实验室的所发现的ARIsnigerloxin和asperaldin20，21，25。 最近，有从大型真菌的子实体中抽提分离得到ARIs的报道。Sanghyun等26从灵芝Ganoderma applanatum子实体提取液分离得到7种结构不同的RLAR，依次为D甘露醇、2甲基脂肪酸、单糖脑苷类化合物、胡萝卜甾醇、2，5二羟基苯乙酮、2，5二羟基苯甲酸和3，4二羟基苯甲醛，其中3，4二羟基苯甲醛活性最强(22，图2)，IC50为g/ml，可能成为一种较好的糖尿病并发症的抑制剂和治疗剂。Lee等27首次从平盖灵芝的子实体中分离到一种麦角甾醇过氧化物化合物(ergosterol perox
14、ide)(23，图2)，经过测定发现其对RLAR表现出较好的抑制活性，IC50为g/ml。 4 结语 目前已报道二十多种微生物来源的ARIs，尽管动物实验已证明许多ARIs有抗糖尿病并发症的作用，也筛选出了一些高效的ARIs，但由于此类药物大多选择性较差、毒性大，限制了其临床使用。目前这是ARIs新药开发进程中存在的主要难题，设计出合理高效的筛选模型对筛选高效低毒的ARIs是必不可少的，也是未来研究的一个重点。 我国是一个物种非常丰富的国家，微生物资源特别丰富，为ARIs来源提供了广泛而难得的条件；微生物具有来源广、种类多的特点，目前人们只分离到自然界现有微生物的1%，未知微生物资源的开发具有
15、广阔的前景。为寻找新型高效、安全的ARIs，我们需要开拓视野，从植物内生菌、海洋微生物和极地微生物资源等多方面寻找突破口。 1 King H, Aubert R E, Herman W H. Global burden of diabetes, 19952025: prevalence, numerical estimates, and projections J. Diabetes Care,1998,21(9):14141431. 2 Ruderman N B, Williamson J R, Brownlee M, et al. Glucose and diabetic vascular disease J. Faseb J,1992,6(11):29052914.3 Wilson D K, Bohren K M, Gabbay K H, et al. An unlikely sugar substrate site in the structure of the human aldose reductase holoenzyme implicated in diabetic complications J. Science,1992,257(3):8184.4 Draznin B, Melmed S, Roith D.
