分类号：R914

The Development of 5-Lipoxygenase Inhibitors on Hydroxamic

acids and Hydroxyureas

Zhang Weige，Liu Baili（Department of Pharmaceutics,Shenyang Pharmaceutical University,Shenyang 110015）

Abstract：The 5-lipoxygenase inhibitor is one of the topics of general interest of today's medicinal chemistry reserach.This paper reviewed the development of 5-lipoxygenase inhibitors hydroxamic acids,hydroxyureas,and their analogues，and their discovery,developing history,structure-activity relationships and effecting mechanism.

Key words：hydroxamic acids；hydoxyureas;5-lipoxygenase inhibitors;structure-activity relationships;effecting mechanism▲

人体内的花生四烯酸(arachidonic acid,AA)可经由环氧化酶(cyclooxygenase,CO)、脂氧化酶(lipoxygenase,LO)、环氧化物酶(epoxygenase,EPO)等途径进行氧化代谢.5-LO途径的主要代谢产物为白三烯(leukotrienens,LTs)，包括LTA₄、LTB₄、LTC₄、LTD₄、LTE₄等.LTB₄可促使白细胞的趋化与聚集，引起炎症反应，是重要的炎症介质(inflammatory mediator).LTC₄、LTD₄、LTE₄对血管、支气管组织具有强烈的致痉作用，是过敏性慢反应物质(slow reacting substance of anaphylxis,SRS-A)的主要成分.抑制5-LO活性可减少炎症介质和SRS-A的生成.5-LO抑制剂可用于治疗哮喘、风湿性关节炎、牛皮癣、肾小球肾炎等多种疾病^〔1，2〕.5-LO抑制剂的研究始于20世纪70年代末期，其化学结构类型是多种多样的，在此仅介绍异羟肟酸类和羟基脲类5-LO抑制剂研究状况.

1异羟肟酸类5-LO抑制剂

1.1A型异羟肟酸类化合物

异羟肟酸类5-LO抑制剂研究的开创性工作是由Corey于1984年完成的^〔3〕.在探讨5-LO底物类似物抑酶活性的过程中，考虑到5-LO活性部位存在铁离子这一事实，Corey将常见的金属离子络合基团——异羟肟酸基团引入到AA分子中，得到了具有抑酶活性的化合物(1).在这一研究成果的启发下，Kerdesky合成了AA的5-LO代谢途径第一个产物5-HPETE的异羟肟酸衍生物(2)，并证明它抑制5-LO的活性优于化合物(1)^〔4，5〕.上述化合物合成难度大，且分子中非共轭双键易被氧化，因此其实际应用受到了限制.

为了克服化合物(1)、(2)所存在的缺点，1987年Summers等人制备了一系列结构简单的含有芳基的异羟肟酸类化合物，在抑制大鼠嗜碱性白细胞(RBL-1)5-LO活性的实验中，许多化合物表现出较高的活性^〔6，7〕.Summers提出了该类化合物抑酶作用原理的假说：在5-LO活性部位的疏水区域中，底物AA的四个双键处于同一平面上，呈C型；C5-C9片段呈W型.在酶的距离C5很近的区域中有一个具有催化功能的非血红素铁离子(见图1).芳基异羟肟酸化合物中的芳基及与芳基共轭的双键是AA中非共轭多烯结构片段的类似物，与酶活性部位疏水区域相契合，异羟肟酸基团则与酶中的铁离子发生络合，导致5-LO失活.图2所示的化合物之共轭体系可与酶疏水区域紧密契合，该化合物抑酶活性较高，IC₅₀为0.95 μM(RBL-1).1990年Summers等报道了异羟肟酸类5-LO抑制剂定量构效关系(QSAR)研究结果^〔8〕.从111种异羟肟酸类化合物的研究中得出了QSAR方程，由此方程可以推出以下结论：异羟肟酸C上取代基疏水性增强，该C直接与共轭体系相连，异羟肟酸N上连有甲基等取代基，对提高化合物体外抑酶活性有利.

Fig.1Graphical representation of the arachidonate conformation when

bound to the active site of 5-lipoxygenase

Fig.2Alignment of the compound with arachidonic acid backbone according to the binding hypotheis

前面述及的各种化合物具有一个共同的结构特征：较小基团(H、CH₃等)连接在异羟肟酸N上，而较大基团(芳香体系)与异羟肟酸C相连.此类化合物被Summers等称为A型异羟肟酸，化合物1～7见图3.

Fig.3The structures of the compounds 1～7

1.2B型异羟肟酸类化合物

A型异羟肟酸类化合物在体外抑酶实验中活性良好，而在动物体内实验中活性很小，部分化合物无活性，产生这一现象的原因是A型异羟肟酸化合物在体内会被迅速地代谢为相应的羧酸，失去抑制5-LO的活性.针对这种情况，Summers设计了A型异羟肟酸的异构体，即较大基团连于N上、较小基团连在C上的化合物，并称之为B型异羟肟酸^〔9〕.在体外抑酶实验中A型与B型化合物的活性相差不大.而B型化合物在体内比较稳定，有很高的生物利用度，在血液中存在时间较长，是口服有效的5-LO抑制剂.化合物(3)和(4)是同分异构的异羟肟酸类化合物，前者是A型，后者属B型.在体外抑酶实验(RBL-1)中，IC₅₀分别为0.28 μM和0.37 μM.在大鼠腹膜过敏实验中，口服给药，ED₅₀分别为140 μmol/kg(40 mg/kg)和28 μmol/kg(8 mg/kg)^{〔10，11〕}.

化合物(5)为C、N上均连有大基团的异羟肟酸类化合物，在抑制人中性多形核白细胞(human PMN)5-LO活性实验中IC₅₀为0.35 μM^〔23〕.值得注意的是Ohemeng等1994年合成的结构对称的含有两个异羟肟酸基团的化合物(6)、(7)，两者分别为A型和B型化合物，在体外实验中均显抑酶活性，在体内实验中B型化合物活性良好.n=4的化合物(7)在RBL-1实验中IC₅₀为270 nM，在小鼠酵母多糖腹膜炎模型中口服给药ED₅₀为1.86 mg/kg.进一步研究表明，双异羟肟酸基团是决定该类化合物高活性的关键，只含有一个异羟肟酸基团的结构类似物活性明显减弱^〔13〕.

2羟基脲类5-LO抑制剂

2.1N-取代羟基脲类化合物

异羟肟酸相关化合物研究的一个重要进展是发现羟基脲类化合物具有良好的抑制5-LO活性.羟基脲类化合物曾被用作抗白血病药物^〔14〕，通常具有水溶性好，体内稳定等优点.羟基脲类5-LO抑制剂的研究工作始于20世纪80年代末期，1989年Summers等报道在抑制RBL-1的5-LO活性实验中，化合物(8)的IC₅₀为0.33 μM^〔15〕.

1992年Greco等合成了结构与上述两类化合物不同的一类新型羟基脲衍生物(9)、(10)，其特点是OH基团与连有小基团的N相连.在离子载体A23187刺激的人外周血液白细胞LTB₄生成实验中，两者的EC₅₀分别为0.07μM和0.16 μM；而在小鼠酵母多糖腹膜炎模型中，经口服给药，这两个化合物均无活性.由此可见，将羟基由连有大基团的N原子上调至连有小基团的N原子上，体外抑酶活性依然很高，而在动物体内则活性很低或无活性.这一结果与A型、B型异羟肟酸类化合物的实验结果极为相似^〔16〕，化合物8～20见图4.

Fig.4The structures of the compounds 8～20

值得特别提出的是Satoh等在考查色烯羟基脲衍生物5-LO抑制剂构效关系的过程中发现分子大小与抑酶活性之间存在密切联系.在抑制豚鼠PMN的5-HETE合成实验中，R为小基团甲基的化合物(11)和R为大基团苄基的化合物(12)的IC₅₀分别为3.6 μM和0.44 μM，而R为苯基的化合物(13)活性远高于前两者，IC₅₀达0.043 μM.R的微小改变竟可引起抑酶活性如此显著的变化，为了解释这一现象，作者利用晶体X光衍射技术测定了(13)的三维结构，如图5所示，从R基团苯基至连羟基N原子之间的距离为12.238 A，这个长度与Summers等报道的5-LO疏水区域大小刚好相符.化合物(11)疏水基团太小，无法与疏水区域紧密契合；化合物(12)疏水基团过大，进入疏水区域困难，这两种情况均可导致化合物活性下降.分子大小与化合物(13)相近的化合物(14)、(15)IC₅₀为0.043、0.041 μM.而分子较大的化合物(16)、(17)的IC₅₀分别为0.24 μM和4.4 μM.在抑制狗血液中LTB₄生成的活体外(ex vivo)实验中，化合物(13)和(18)活性较高，口服0.3 mg/kg，最大抑制率为93%和91%，作用时间长达8.7 h和9.8 h，这两个化合物的生物活性已被深入研究^〔17〕.

Fig.5Chem 3D representation of comp.23 determined

by X-ray crystallography

1995年Satoh等在研究1，4-苯并二恶烷羟基脲衍生物抑制5-LO活性构效关系时发现对映异构体(19)、(20)抑酶活性差异明显，在抑制豚鼠PMN 5-LO活性实验中，两者的IC₅₀分别为0.085 μM和0.18 μM，而外消旋体的IC₅₀为0.1 μM.在抑制钙离子载体A 23 187刺激的狗全血LTB₄生成的体外实验中，化合物(19)口服