磷酸二酯酶5抑制剂的发现和治疗用途

磷酸二酯酶5抑制剂的发现和治疗用途

朱晓伟 金义光编译 王林审校

（军事医学科学院放射研究所，北京 100850）

摘要：磷酸二酯酶5抑制剂可选择性阻断cGMP的酶水解作用。最终引起血管平滑肌的松弛，这一作用靶标目前主要用于人类勃起障碍的治疗。本文综述了其作用机理，磷酸二酯酶的生物学与生物化学特点，新的磷酸二酯酶5抑制剂的构效关系以及其它药理学活性。

关键词：磷酸二酯酶5；抑制剂；构效关系 中图分类号：

磷酸二酯酶5（PDE5）是环核苷酸水解酶超家族的成员之一，能特异性地裂解一种关键的细胞内第二信使环鸟苷单磷酸酯（cGMP）。PDE5最初是治疗心绞痛和高血压的靶标，后来由于西地那非成功地用于治疗勃起功能障碍（ED）而重新引起关注。

1 PDE5抑制剂治疗勃起功能障碍的作用机理

PDE5是在人阴茎海绵体组织中发现的，主要具有水解cGMP活性。cGMP是调节平滑肌舒张的重要的第二信使之一。由于勃起是血液动力学作用的结果，血管平滑肌的状态是控制该过程的显著要点。勃起产生于身心或直接作用于阴茎的性刺激之后。这些刺激引起受神经控制的海绵体非肾上腺素神经元及非胆碱能神经元释放神经递质一氧化氮（NO）。NO扩散于组织中，引起可溶性鸟苷酰环化酶的活化，将三磷酸鸟苷（GTP）转化为cGMP。环核苷酸激活了蛋白激酶G（PKG），由此引发了一系列磷酸化反应。许多种蛋白质受到激活，包括受磷蛋白、肌醇磷酸酯受体、Ca2+和k+离子通道、Ca2+-ATP酶等。这一过程的结果是细胞内Ca2+浓度的减少。同时，通向阴茎的动脉血管平滑肌松弛，引起血流量的增加和海绵体组织的增大。阴茎的增大使静脉收缩，减少了血液的流出并增加海绵体内的张力，从而导致勃起的产生。

PDE5的抑制使ｃGMP水平被升高，而产生所期待的药理学作用。这一作用机理需要性刺激。这与前列腺素E1不同，其同时引起勃起的产生。此外，当NO水平下降时，PDE5抑制剂的作用显著降低，这是由于鸟苷环化酶活性降低所致。这一特性降低了病人阴茎异常勃起的发生率。与作用于全身循环系统的药物相比，西地那非作用于阴茎血流具有显著的选择性，其详细的机理尚不得而知。为更好地回答该问题，一种比西地那非对PDE1选择性更高的PDE5抑制剂将具有极其重要的价值。

2 磷酸二酯酶的生物学和生物化学特征

哺乳类动物PDE超家族含有至少十个不同的基因产物亚家族。它们中的每一个都具有不同的结合变体。特异性水解cGMP的PDEs包括PDE5、PDE6和PDE9。而其它的酶（PDE1-PDE3和PDE10）对于其它环状核苷酸具有混杂的选择性。这些酶广泛地分布在许多组织之中。但也有一些基本分布于一种组织中。如PDE6，发现其存在于视网膜上。PDE5遍布于血管平滑肌，而在肾、肺和血小板上也有较少的一部分。PDE酶对于将环状核苷酸浓度维持在一个相对较窄的范围内，起着关键的调节功能。例如，使cGMP浓度高于基础水平的2—4倍则将引发最高的生物学反应。

PDE5分别于1980年和1993年被分离纯化和克隆。两个结构变体已被识别，三种亚型最近在海绵体组织中被发现。PDE5的活性体是一个同型二聚体，分子量约为20万。每一

个亚单位含两个变构的cGMP结合位点，还有一个高度保守的Zn2+的结合中心。据认为一旦cGMP结合于催化位点，则其在变构位置的结合得到了改善。当cGMP结合于该位点时，会诱导一种构象的改变，由此导致92位丝氨酸的磷酸化作用。这一位置的氨基酸序列（HX3HXnD）是起决定性作用的，因为该序列下游两个天冬氨酸残基（D714和D754）具保守性。曾提出假说认为这些天冬氨酸可能是充当所须金属的配体，也可能是作为催化碱基使底物水解。对催化反应区23 种保守的氨基酸进行定点诱变，以更好的确定底物与抑制剂的结合区域。数据分析表明，Y602位以丙氨酸取代将使西地那非IC50值提高25 倍。四个其它变异体，包括H607A、H643A、D754A和E775A，可使西地那非的IC50值提高10—13倍。研究还表明，西地那非、扎普司特和UK-122764均与cGMP竞争性地同PDE5相结合，提示这些抑制剂及底物结合于蛋白质相同位点，或者是密切重叠的位点。此外数据还表明，这些抑制剂仅与PDE5的催化位点而不是变构位点相结合。对几个PDEs催化区域进行分析，表明在775位谷氨酸附近所存在的亲水与疏水性残基特殊类型起着关键的作用。在对于cGMP具有特异性的PDEs上，存在着高比例的疏水性氨基酸，这不仅使得cGMP的结合增强，而且还减弱了与cAMP的结合。

3 药物化学

研制选择性PDE5抑制剂尤为重要，这能改善西地那非的作用。若发现某化合物能显著改善PDE的选择性，特别是针对PDE1和PDE6的选择性，则将会降低视力障碍的发生率（PDE6），以及可能存在的潮红、头疼和与有机硝酸酯相互作用的发生率（PDE1）。由此可扩大治疗剂量窗口。

目前，有关西地那非构效关系的数据非常有限。最初从扎普司特开始研究。用一个亲脂性的烷基化吡唑基代替扎普司特的三氮烯基团，在芳香环侧链的C5位增加一个磺酰胺基，PDE5抑制剂的药效有了本质的提高。在芳香环侧链的C2位增加一个已氧基团，PDE5活性增加。据认为这是由于该基团与小的亲脂区域结合，并也可能与嘧啶酮NH以氢键相结合，以维持环系统的共平面取向。

辉瑞公司的一系列专利说明书中还披露了吡唑嘧啶酮类衍生物的构效关系。当磺酰胺基被酮或仲醇取代时，衍生物间的IC50值相似。吡唑环上的甲基可用吗啉基乙基所取代。吡唑环可用其位置异构体所取代。这些西地那非的衍生物均具有相似的IC50值。这说明吡唑环的作用区域并非是严格限制的，可用多种基团代替。

对各种联结于嘧啶酮环上杂环进行了深入的构效关系研究。这些杂环包括噻吩、吡啶、嘧啶、咪唑、吡唑、异恶唑和异噻唑类类似物。并以此为模板对芳环侧链及吡唑基N-1位上的取代进行了评价。在芳环侧链醚的部分，丙烷基醚优于乙氧基醚、异丙醚和丙硫醚取代。吡唑环上的苯甲基和叔丁基取代弱于简单的烷基。在与氮相连的位置上用酰胺、烷基磺酰胺、氨基甲酸酯、尿素、硫脲和杂环基取代，这些类似物IC50值范围相对狭窄。大多数化合物的活性变化低于10倍。其中对一个甲磺酰胺衍生物进行了抗高血压活性的深入评价。该化合物PDE1对PDE4的选择性大于1000倍。

此外，对全新母核的PDE5抑制剂进行了深入研究，包括具有双重PDE1和PDE5抑制作用的四环衍生物；位置异构的三环吡唑嘧啶类衍生物；4-苄胺基-6-取代及2,3-二氯杂萘基衍生物；1-芳基萘烯木酚素衍生物以及咪唑并喹唑啉酮类衍生物。

T-1032是多取代类化合物。体外试验表明，其PDE5选择性及效价强于西地那非。用狗阴茎组织进行功能试验，表明其效力与西地那非相当。狗静注T-1032，在10-100mg/kg剂量下观察到很强的神经刺激诱发的肿胀，而对血压无显著作用。T-1032目前处于ED的临床评价阶段。

Vardenafil（Bay-38-9456）属氮杂嘧啶酮类化合物，其结构类似于西地那非，已经进入了治

疗ED临床Ⅲ期试验。体外试验表明该化合物比西地那非具有更高的药效和选择性，其IC50值低于nM。

IC-351（Cialic TM）属吲哚并杂环类化合物，是另一个进入ED临床Ⅲ期研究的PDE5抑制剂。多中心临床试验确证了其药效，副作用一般为头疼、消化不良及背疼等。均呈轻微、可逆性及剂量依赖性。无明显的视觉障碍发生率的报道，表明IC-351对PDE6有更高的选择性。

4 PDE5抑制剂的其它活性

虽然对PDE5抑制剂的研究主要集中于ED的治疗，但今年也有许多与PDE5抑制相关的其它活性的报道。在高血压动物模型上，某些双重PDE1和PDE5抑制剂显示口服活性。例如清醒的自发性高血压大鼠口服WIN-65579剂量为10mg/kg，能引起血压降低而不改变心率。化合物SR-265579具有对组织胺诱发的豚鼠细支气管炎具有气管扩张作用，其静注EC50值为0.63mg/kg。

2,3-二氮杂萘类化合物E-4010可提到响尾蛇毒蛋白诱导肺动脉高压小鼠的存活率。西地那非可延长糖尿病小鼠的胃排空时间。该过程依赖于细胞内第二信使NO和cGMP刺激所致幽门肌肉的松弛。糖尿病型胃轻瘫是血糖控制不佳所致的长期副作用之一，显著发生于糖尿病人中。若该现象能在人上重现，必将会扩展PDE5抑制剂的临床用途。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/i937.html