孫 潔， 趙 維， 向 華， 廖清江

(中國藥科大學藥物化學教研室，江蘇 南京，210009)

良性前列腺增生(BPH)是指前列腺間質和上皮細胞的良性腺瘤性增生，為中老年男性常見的一種慢性疾病。其所致前列腺腺體的進行性腫大使尿道狹窄，引起膀胱尿液流出受阻，臨床表現為尿急、尿頻和尿排不盡，常導致尿道感染、尿潴留、膀胱感染、膀胱結石和腎功能衰竭［1］。BPH的確切病因及發(fā)病機制至今仍未完全闡明，目前較為公認的是其為體內雄激素水平異常所致。大量研究顯示，雄激素在體內保持正常循環(huán)水平，是保證前列腺健康生長及各項功能的必要條件。睪酮是由睪丸及腎上腺產生的一種主要雄激素，在體內可被5α-還原酶和煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADPH)還原代謝為活性更高的二氫睪酮(DHT)，二者均為維持男性顯著特征和促進性成熟的重要雄激素［2］。雖然男性血漿內睪酮水平隨著年齡的增長而下降，但BPH的患病率卻隨著年齡的增長而上升，其原因在于老年人前列腺內雄激素總水平仍然很高，其中90%為DHT。DHT對人體前列腺的生長和發(fā)育起重要作用，但如果體內DHT水平過高，將會導致內分泌失調，引發(fā)多種疾病，如BPH、痤瘡、男性禿發(fā)和女性多毛癥等［3］。

BPH的早期治療方法主要是前列腺切除術，此療法雖可有效治療BPH，但治療費用高，且有研究表明，前列腺參與人體某些生理活動的調節(jié)，切除前列腺的患者常會發(fā)生性功能障礙、尿失禁等［4］。前列腺除了通過分泌前列腺液參與精液的形成之外，還能產生多種免疫球蛋白，合成具有抗菌作用的含鋅多肽，并具有保護生殖系統免遭細菌和其他病原微生物侵襲的局部免疫功能，故在可能的情況下應盡量保留前列腺［5］。因此，藥物治療成為輕、中度BPH及腺體較大不宜手術患者的主要療法。BPH發(fā)病機制研究表明，體內睪酮是在5α-還原酶和NADPH的聯合作用下還原為DHT，進而引發(fā)BPH。由此，人們將5α-還原酶作為治療BPH的重要靶點之一，設計并利用 5α-還原酶抑制劑與睪酮和NADPH競爭性或非競爭性作用于5α-還原酶及其與NADPH的復合物，抑制DHT的生成，從而降低血漿中DHT水平，減少BPH的發(fā)生。目前已開發(fā)的5α-還原酶抑制劑包括甾體和非甾體兩類，其中甾體類以氮雜結構為主，代表藥物為非那雄胺(1)和度他雄胺;此外，還有以愛普列特(2)為代表的3-羧酸甾體類抑制劑。以上這些藥物均已上市，雖然它們用于BPH的療效尚佳，但其副作用，如性功能障礙、男子乳腺發(fā)育、肌肉組織生長阻礙等也給患者帶來極大困擾。據文獻報道，此類副作用主要源自于甾體母核，故而非甾體類5α-還原酶抑制劑的研發(fā)引起極大關注［6］。

1 5α-還原酶

甾體5α-還原酶是定位于雄激素靶細胞核膜上的膜蛋白，依賴NADPH作為供氫體，催化一系列甾體底物，如睪酮、17α-羥基黃體酮、雄烯二酮等的還原反應［7］。5α-還原酶又分為Ⅰ型和Ⅱ型同工酶(以下簡稱Ⅰ型和Ⅱ型酶)，二者在人體內的分布不同，功效各異。Ⅰ型酶的最適pH值為6.0～8.5，主要存在于皮脂腺和肝臟中，故其抑制劑常用于治療斑禿、男性脫發(fā)、痤瘡及婦女多毛癥等內分泌疾病;Ⅱ型酶的最適pH值為5.5，主要存在于前列腺、精囊、附睪、毛囊及肝臟中，其抑制劑常用于治療前列腺疾病，如 BPH［8-9］。

在催化睪酮還原為活性更強的DHT過程中，5α-還原酶起著關鍵作用。據文獻報道，5α-還原酶(E)的還原機制是，其先與氫供體NADPH結合形成二元復合物(E-NADPH)，再與睪酮(T，3)結合形成三元復合物(E-NADPH-T)(其間，由于NADPH與5α-還原酶的活性部位發(fā)生強烈作用而結合并形成碳正離子，而睪酮3位的羰基具有親核性，導致三者結合)，隨后通過電子轉移作用，引發(fā)睪酮的5位選擇性還原，氫原子由NADPH轉移至睪酮5位的α面，從而形成DHT的烯醇式鹽，接著此烯醇式鹽捕獲一個質子，脫離NADP+與5α-還原酶的二元復合物(E-NADP+)，形成 DHT(4)，最后 E-NADP+再分解釋放出NADP+與5α-還原酶，進而參與下一次還原作用［10-11］(見圖1)。

圖1 5α-還原酶還原睪酮的機制Figure 1 Mechanism of reduction of testosterone by 5α-reductase

2 非甾體類5α-還原酶抑制劑

非甾體類5α-還原酶抑制劑的設計思路大多源自于模擬甾體結構，即去除甾體結構中的一個或多個環(huán)，并加以進一步的結構修飾。

2.1 模擬甾體類

2.1.1 模擬氮雜類 氮雜類是甾體類5α-還原酶抑制劑的主要結構類型之一，對于該類結構的改造方式主要是去除甾體的D環(huán)結構，并對C環(huán)進行芳構化。Lilly公司首次模擬4-氮雜甾體5α-還原酶抑制劑，研發(fā)出苯并喹諾酮類衍生物，該類化合物大多為Ⅰ型酶抑制劑，其中化合物5顯示出良好的Ⅰ型酶抑制活性，IC50為17 nmol·L－1。在對化合物5作進一步結構修飾時，以硫原子替換3位上氧原子，則化合物活性明顯下降，如化合物 6 的 IC50為 183 nmol·L－1，表明內酰胺結構更利于化合物與5α-還原酶結合;而在B環(huán)引入雙鍵也會降低化合物活性，如化合物7和8的IC50分別為120和377 nmol·L－1;當10位甲基被氫替換，會導致化合物活性大幅下降，如化合物9的IC50為 560 nmol·L－1。由此可見，內酰胺結構、10位甲基及化合物的飽和度對該類化合物的Ⅰ型酶抑制活性起關鍵作用。此外，以反式苯乙烯基替換化合物5的苯環(huán)上氯原子所得化合物10，除了具Ⅰ型酶抑制活性(IC50=23 nmol·L－1)之外，對Ⅱ型酶也表現出一定的抑制活性(IC50=180 nmol·L－1)，為雙重 5α-還原酶抑制劑［12］。

Hosoda等［13］在先導物 4-MA(11)的結構基礎上，以3，3-二苯基戊烷為橋梁連接甾體A環(huán)與17β側鏈，并將甾體A環(huán)打開，所得化合物12對Ⅰ型酶具有微弱的抑制活性，在 10 μmol·L－1濃度下的抑制率為22%;當對化合物12作進一步修飾時，將2和2'位的甲基替換為氫原子，所得化合物13在相同濃度下對Ⅰ型酶的抑制率上升至57%，IC50為9.2 μmol·L－1，表明對苯環(huán)進行甲基化會降低化合物活性;再對化合物13進行修飾時，將1'位則鏈上兩乙基用丙基替換，所得化合物14和15的活性明顯提高，IC50分別為 2.9 和 4.0 μmol·L－1，而當乙基被芐基替換，所得化合物16的活性提高約10倍，IC50為 0.84 μmol·L－1，由此可見，1'位側鏈上 R3為較大的疏水性基團時，有利于化合物活性的提高。

10-氮雜甾體類也是氮雜類5α-還原酶抑制劑的另一主要結構類型，其相應的非甾體模擬物亦具有5α-還原酶抑制活性。此類抑制劑有兩種基本母核:一種為4a-H系列，即結構中含有1，2-雙鍵;另一種為1-H系列，即結構中含有4，4a-雙鍵(見圖3)。

圖3 模擬10-氮雜甾體類的非甾體類5α-還原酶抑制劑4a-H系列和1-H系列母核Figure 3 4a-H and 1-H mother nucleus of nonsteroidal 5α-reductase inhibitors analogous to 10-azasteroids

此類化合物大多為Ⅰ型酶抑制劑，其構效關系研究顯示，1-H系列化合物的活性優(yōu)于4a-H系列，其母核1位上不宜有取代基，若1位被甲基等烷基側鏈取代，會導致化合物活性明顯下降;母核4位與6位引入甲基有利于化合物活性的提高;母核5位不宜引入烷基側鏈，否則會帶來極大的空間位阻，阻礙化合物與酶的結合，從而顯著降低化合物活性;母核8位取代基為甲基或氯、溴等鹵素原子，有利于化合物活性提高。例如，化合物17～19的IC50分別為14.4、7.6 和 8.5 nmol·L－1，均為良好的Ⅰ型酶抑制劑［14-15］。

Occhiato研究小組先后研制出母核8位為各種不同取代側鏈的1-H系列化合物，結果發(fā)現，取代側鏈為醚鍵類或雜環(huán)類時，均會削弱化合物對Ⅰ型酶的抑制活性，而苯乙炔基或苯乙烯基側鏈則有利于化合物活性的提高，如化合物20和21，對Ⅰ型酶的IC50分別為8.75 和14.2 nmol·L－1;側鏈為羧酸苯酯類時，化合物對Ⅰ型和Ⅱ型酶具有良好的雙重抑制活性，如化合物22～24對Ⅰ型酶的IC50分別為93、160 和 138 nmol·L－1，對Ⅱ型酶的 IC50分別為 119、134 和 166 nmol·L－1［16-17］。

Hu等［18］報道了具有 5α-還原酶抑制活性的一系列喹諾酮類化合物，其結構類似于甾體的A、B環(huán)，并在母核6位引入苯基，以模擬甾體D環(huán)結構。其中，化合物25具有良好的Ⅱ型酶抑制活性，在10 μmol·L－1濃度下的抑制率達83%，而對Ⅰ型酶的抑制率只有27%;但若在其1位氮原子處引入甲基，如化合物26，則在相同濃度下對于Ⅱ型酶抑制率降至9%，卻對Ⅰ型酶的抑制活性大幅提高，抑制率達87%;此外，苯環(huán)上酰胺側鏈的結構亦會極大影響化化合物活性，若以異丁基和環(huán)己基替代化合物25中苯甲酰胺側鏈上的的異丙基，所得化合物27和28對Ⅰ型和Ⅱ型酶均具有良好的抑制活性，在濃度為 10 μmol·L－1時，對Ⅰ型酶抑制率分別為 73% 和82%，對Ⅱ型酶抑制率分別為70%和63%。

目前研制的模擬氮雜類5α-還原酶抑制劑大多為三環(huán)結構，也有類似于甾體A、C環(huán)的二環(huán)結構，如哌啶酮類、吡啶酮類、聯苯類等，但其活性均不如三環(huán)結構化合物。其中，哌啶酮類結構特點為2-哌啶酮母核在5位與苯環(huán)連接，如化合物29和30的活性較好，對Ⅰ型酶的 IC50分別為 302 和 107 nmol·L－1，對Ⅱ型酶的 IC50分別為 579 和 617 nmol·L－1［12］;吡啶酮類結構特點為2-吡啶酮母核在5位與苯環(huán)連接，如化合物 31 對Ⅰ型酶的 IC50為 2.6 μmol·L－1［19］，化合物32在10 μmol·L－1濃度下對Ⅰ型酶的抑制率為61%［20］，均為良好的Ⅰ型酶抑制劑。

2.1.2 模擬愛普列特類 愛普列特是一種新型非競爭性5α-還原酶抑制劑，可選擇性抑制Ⅱ型酶，對Ⅰ型酶作用較弱，因此僅作用于前列腺，使其DHT水平下降，而對血液循環(huán)中睪酮和DHT水平無甚影響。大多數三環(huán)羧酸類非甾體5α-還原酶抑制劑的設計均是模擬愛普列特結構，并去除甾體B、D環(huán)。

聯苯羧酸結構類似于愛普列特的A、C環(huán)結構，其經側鏈結構修飾，所得一系列化合物亦具有Ⅱ型酶抑制活性，如化合物33～36的IC50分別為10、4.0、0.64 和 0.22 μmol·L－1。構效關系研究顯示，該類化合物的活性隨苯環(huán)側鏈取代基上R基團空間體積的增大而提高［19?。

2.2 苯甲酸類抑制劑

Hartmann 課題組報道了一類具有良好5α-還原酶抑制活性的含苯甲酸結構的非甾體化合物，其中化合物37對于人體Ⅱ型酶抑制活性(IC50=0.06 μmol·L－1)近似于非那雄胺(IC50=5 nmol·L－1)，且在10 μmol·L－1濃度下對人體Ⅰ型酶抑制率達46%。此類抑制劑的構效關系研究顯示，哌啶環(huán)酰胺側鏈為化合物活性必需基團，如化合物38中酰胺羰基被還原為亞甲基后，其活性即消失;此外，酰胺側鏈的剛性與所占空間大小直接影響化合物的活性，如化合物39～43對人體Ⅱ型酶的IC50分別為9.3、1.65、0.83、3.1 和 0 .53 μmol·L－1，均不如化合物37，尤以化合物39、40、42活性更差，由此可見，酰胺側鏈空間結構越大越利于化合物活性的提高，但其剛性不宜過強。故而，該課題組為進一步改善此類抑制劑活性，以二環(huán)己酮甲基為酰胺側鏈，對苯甲酸基團進行一系列修飾，如于苯環(huán)3位引入氟原子或甲氧基。藥理實驗證實，氟原子的引入可使該類化合物對Ⅱ型酶的抑制活性提高，而對Ⅰ型酶的抑制活性降低，如化合物44對Ⅱ型酶的 IC50為0.011 μmol·L－1，而其即使在 10 μmol·L－1濃度下對Ⅰ型酶的抑制率也只有12%;甲氧基的引入則會同時降低化合物對Ⅰ型與Ⅱ型酶的抑制活性，如化合物 45 對 Ⅱ 型酶的 IC50為 0.13 μmol·L－1，而在10 μmol·L－1濃度下對Ⅰ型酶的抑制率僅為 5%;若將苯甲酸改為苯乙酸基團，所得化合物46對于Ⅱ型酶的抑制活性提高了10 倍(IC50=0.006 μmol·L－1)，為良好的Ⅱ型酶抑制劑，但在 10 μmol·L－1濃度下對Ⅰ型酶的抑制率只有 6%［6，21］。

另一類具有Ⅱ型酶抑制活性的苯甲酸系列化合物是以二苯甲酮為母核。其構效關系研究顯示:苯甲酸基團中羧酸碳鏈的長度會影響化合物活性，其中苯乙酸基團替換苯甲酸基團后，化合物活性提高，但碳鏈過長反而會導致化合物活性下降，如化合物47～49 的 IC50分別為 0.053、0.023 和 2.8 μmol·L－1，而于苯乙酸2位引入氟原子，對化合物活性的影響不大，如化合物50的活性與化合物48相近;二苯甲酮母核對化合物活性的產生極為重要，其中羰基若被還原為亞甲基，化合物活性明顯下降，如化合物51在10 μmol·L－1濃度下對Ⅱ型酶的抑制率僅為12%，而對側鏈苯氧基進行結構修飾，將4″位取代基變?yōu)殇逶?，所得化合?2活性明顯提高，與非那雄胺的活性相同(IC50=0.005 μmol·L－1)［22］。

2.3 天然產物衍生物

近年來，多種天然產物衍生物被發(fā)現具有5α-還原酶抑制活性，故以天然產物為母核進行結構修飾，已成為研發(fā)新型非甾體5α-還原酶抑制劑的新思路。Fan課題組以香豆素衍生物傘形酮(7-羥基香豆素，53)為母核，進行結構修飾，研制出一系列Ⅰ型酶抑制劑，其中化合物54～57的IC50分別為0.99、0.62、0.49 和 0.82 μmol·L－1。構效關系研究顯示，苯環(huán)8位烯丙基側鏈為該系列化合物的活性必需基團，且7位取代基上R基團中含有酯鍵結構有利于化合物活性的提高［23］。

表沒食子兒茶素沒食子酸酯(58)是綠茶中一種含量豐富的兒茶素，具有抗氧化、抗炎癥、抗菌、抗病毒和抗癌作用。近期有研究報道，此類天然物質亦具有抑制5α-還原酶活性，而為提高其活性，以其為母核進行結構修飾，如用多種飽和或不飽和脂肪酸替代母核1'位鄰苯三酚側鏈，結果顯示，在不同飽和脂肪酸側鏈中以棕櫚酸側鏈取代的化合物59活性最佳，其 IC50為 0.53 μmol·L－1;在各種不飽和脂肪酸側鏈中，以棕櫚油酸側鏈取代的化合物60活性最佳，其 IC50為 0.48 μmol·L－1［24］。

3 結語

非甾體5α-還原酶抑制劑因其結構多樣性和無激素活性等特點而被廣泛開發(fā)用于BPH治療，很多設計構思巧妙、結構新穎和活性較高的該類抑制劑被相繼報道，為5α-還原酶抑制劑的研發(fā)提供了新的策略和啟示。筆者所在實驗室亦合成了一系列結構新穎的5α-還原酶抑制劑，并測定了其體外5α-還原酶抑制活性及雄激素受體抑制活性，對其的進一步研究仍在進行中。有理由相信，隨著研發(fā)工作的不斷深入，定會設計出更多的選擇性更高、不良反應更小的新型5α-還原酶抑制劑。

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