黄酮类醛糖还原酶抑制剂的研究进展
【摘要】 醛糖还原酶是多元醇通路中的关键限速酶，高血糖浓度下，此通路代谢旺盛，与糖尿病并发症的发生和恶化有密切关系。醛糖还原酶抑制剂(ARIs)是治疗糖尿病并发症的重要药物之一，可通过抑制糖代谢的多元醇通路中的限速酶——醛糖还原酶的活性，减少体内山梨醇的蓄积，从而预防和延迟糖尿病并发症的发生和发展。文章详细综述了黄酮类醛糖还原酶抑制剂的筛选方法、对AR作用机制结构特点等，并对其发展前景进行了展望。
醛糖还原酶（EC. 1.1.1.21，aldose reductase， AR）是聚醇代谢通路中的关键限速酶，以还原性辅酶Ⅱ(NADPH)为辅酶，催化己糖的还原反应，将此葡萄糖转化为相应的还原产物山梨醇，然后山梨醇再在山梨醇脱氢酶作用下氧化成果糖，许多组织中都有这一途径，见图1。
在正常组织中这一途径的转化率很低，但在血糖浓度升高时，己糖激酶被葡萄糖饱和，大量葡萄糖经醛糖还原酶转变为山梨醇，由于山梨醇转化为果糖的速率低于山梨醇生成的速率，且山梨醇分子不易透过细胞膜进到血液循环，因而在细胞内大量聚集而引起细胞内的高渗效应，细胞水肿，细胞膜通透性发生变化，引起一系列病理改变，从而诱发糖尿病并发症，如：白内障、视网膜病变、神经病变、肾脏病变［1～3］。近年来，人们发现体内的许多酶在调节血糖过程中起着重要的作用，它们可作为抗糖尿病药物的作用靶点，为研制治疗糖尿病的药物提供新的有效途径。因此，通过抑制AR的活性能减少山梨醇的生成，有效的防止和改善糖尿病并发症，筛选醛糖还原酶抑制剂（aldose reductase inhibitors，ARIs）是开发糖尿病新药的重要途径［4］。大量研究表明，黄酮类化合物可以抑制聚醇代谢通路中的AR，阻止逆转多元醇代谢中的葡萄糖转化为山梨醇，可使多元醇水平恢复正常，并能改善神经传导功能、延迟白内障的形成及蛋白尿的出现，从而达到预防和延缓糖尿病并发症的目的［5］。作者根据文献记载就一些对AR具有抑制作用的黄酮类化合物及其研究方法进展等进行论述，以对其在糖尿病及其并发症上的应用进行阐述。
1 筛选进展。
ARIs来源途径主要有：一是从天然资源，包括植物和微生物等中筛选，二是由化学合成制备。中草药作为天然产物，无明显不良反应且来源广泛，从中筛选出对AR有抑制作用的中草药，其不良反应远低于化学合成及微生物来源的ARI，因而在治疗糖尿病并发症方面显示了良好的应用前景。在中草药方面，抑制醛糖还原酶的化合物主要集中在黄酮类及生源相关的香豆素类化合物中。黄酮类化合物又称为生物类黄酮（Bioflavonoids），是一类具有重要生物活性的重要物质，也是人体必需的营养素之一。目前发现的该类化合物大概有五千多种，它常以游离态或与糖结合的方式存在，是一种天然色素，多具有鲜艳的颜色。在自然界中它的分布最为广泛，几乎绝大多数的植物都能合成，大约有20%的植物药中含有黄酮类化合物［6］。1965年，Hayman第1次报道了醛糖还原酶抑制剂，研究了它对脂肪酸的抑制作用；1967年，人们发现了第1个无细胞毒性的ARI丁二胺糖醇； 1975年开始，Varma等基于黄酮类化合物有多种活性，测试了８种黄酮类化合物抑制醛糖还原酶的活性。
1．1 模型和方法。
ARIs的筛选有两种筛选方式：体内筛选和体外筛选。体内筛选是利用动物模型进行筛选，而体外筛选分为无细胞相水平筛选和细胞相水平筛选。筛选模型的选择影响了药物筛选的效果。传统的糖尿病（diabetes mellitus，DM）动物模型是最早用来筛选ARIs的模型，主要分为4类，即化学物质诱导动物模型、自发性遗传性动物模型、胰腺部分切除动物模型和转基因动物模型［7］。目前最常用的DM动物模型为化学物质诱导动物模型。姚峰等［8］给贵州小型猪喂高脂高糖饲料，通过测定血糖含量确定可以人为诱发糖尿病，建立糖尿病动物筛选模型。利用无细胞水平筛选ARIs即直接用纯化的AR在人工反应体系中测定化合物对AR活性的抑制作用，杨喆等［9］利用96孔石英板成功建立了ARIs的微量高效筛选模型，此模型较传统的石英比色皿法效率提高10倍之多；肖尚志［10］利用心肌细胞成功构建了ARIs的体外细胞筛选模型，用阳性药验证了此模型的有效性；闫泉香［11］以大鼠红细胞为底物，加入高浓度的葡萄糖溶液和不同浓度的受试药物进行体外培养，测定其中山梨醇的生成量，验证了葛根总黄酮和槲皮素可以降低山梨醇的生成量。
1.2 作用机理。
ARI的主要作用是纠正多元醇代谢紊乱、纠正微血管及血流动力学的异常以及神经营养因子的缺乏，以恢复神经传导速度、防止视网膜组织中蛋白异常渗透、减轻肾小球小动脉扩张，使肾小球滤过率恢复正常。在实验诱导的糖尿病动物模型身上，应用ARI可以阻止或延缓糖尿病慢性并发症的发生［12］。ARI与AR的结合部分（抑制位点）不同于AR与葡萄糖或NADPH结合部位。ARI作用机理主要是对AR产生非竞争性抑制或反竞争性抑制，非竞争性抑制对AR抑制率是恒定的，不受底物浓度的影响，这是因为在AR中抑制剂结合到的变构部位不是AR活性部位，此活性部位既可以是底物相结合的部位，也可以是底物与酶的非结合部位。反竞争性抑制对AR抑制率随着底物浓度升高而增加，此类抑制剂结合到AR的变构部位只能是底物与酶结合的部位。黄酮类ARI属于非竞争性抑制剂，如槲皮苷等。
1.3 结构特点。
黄酮类化合物是一类低分子的天然植物成分，具有C6—C3—C6基本构型。天然黄酮类化合物母核上常有羟基、甲氧基等取代基［6］。刘海波等［5］研究发现，不同位置的羟基在与受体作用时起着不同的作用，抑制作用主要由黄酮骨架上的酚羟基与残基作用产生，糖基上的氢键不作为氢键给体或受体参与抑制作用。已经报道对6个黄酮类ARI中各自得到8～12个数量不等的复合物结构。综合所有得到的复合物结构，可以发现80％以上的复合物中黄酮类小分子与受体间可以形成氢键，在形成的氢键中有60％发生在残基与黄酮上7位、3 位、4 位羟基之间，这些残基和羟基有可能是参与抑制作用的主要基团。具有抑制作用的黄酮类化合物具有以下特点：3，4一二羟基部分，7一羟基和(或)邻苯二酚组成部分的黄酮与黄酮醇显示强抑制活性，5一羟基者不影响活性，有3一羟基与7一O一糖基组成者使活性减弱，有2—3双键者抑制活性增强，黄酮与黄酮醇在B环上有邻苯二酚组成部分者抑制活性强于有邻苯三酚(3，4，5一三羟基)者。Matsuda等［13］发现氢键在黄酮类化合物对醛糖还原酶的抑制中起着重要的作用，位于黄酮骨架7位和4 位的羟基是主要参与氢键作用的基团，如果这两个位置不存在羟基或者羟基被烷基化或糖基化，则抑制活性会受到很大的削弱。
1.4 己知的黄酮类药物。
Varma等测试8种黄酮类化合物抑制AR的活性，结果Quercetin ，Quercitrin及Myricitrin的活性非常强，后来陆续发现了一系列黄酮类化合物，如槲皮素、橙皮苷、杨梅苷等。近几年来国内外对黄酮来源的ARIs的研究概况见表1。表1 国内外对黄酮来源ARIs的研究概况（略）。
2 小结 21世纪国际上掀起了对天然药物研究的热潮。对天然药物免疫促进剂和调节剂的研究和应用，将使人类防病治病的措施进入一个崭新的阶段。其中黄酮类化合物更是以其广泛的药理作用引起人们的重视。黄酮类ARI具有来源广泛、不良反应小、价格低廉等因素，因此一直受到研究人员的广泛重视。从黄酮类化合物中寻找高效低毒的ARIs具有很大的优势。目前有关黄酮类化合物对AR抑制作用的研究才起步，涉及范围小，大多数报道仅做了定性分析，尚未给出确切的有效浓度、最大浓度、活性成分纯化等，更主要的是现在的一些研究局限于实验阶段，要用于临床使用还有很长的路要走。随着人们对黄酮类ARIs研究的不断深入，黄酮类新药将不段涌现。但是由于其结构复杂多样，作用位点，对其药理作用了解还未完善，加上其药效反应慢等限制了其更好的发展。随着现代医学技术的不断发展，有必要找出黄酮类ARI的作用机制，为临床治疗糖尿病并发症和相关的研发提供理论依据。