酪氨酸酶抑制劑的研究進展

張啟勤

摘 要：酪氨酸酶在黑色素的生物合成過程中起著關鍵性的作用，是黑色素合成的限速酶，該酶決定了哺乳動物皮膚、頭發的顏色。部分色素沉著性疾病，如皮膚病，如黃褐斑、雀斑等，是由于過量水平的黑色素在表皮沉積而形成。因此，可以選擇應用酪氨酸酶抑制劑，通過抑制酪氨酸酶的活性，阻斷黑色素的合成反應鏈，減少其在皮膚內的生成，從而達到祛斑增白的效果。近年來，由于其在化妝品領域的廣泛應用，使得不斷有更新更有效的酪氨酸酶抑制劑得到研究并開發。

關鍵詞：酪氨酸酶 抑制劑 植物來源 人工合成

中圖分類號：Q356.1 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）06（c）-0200-02

酪氨酸酶（Tyrosinase），又稱多酚氧化酶，是一種含銅金屬酶，廣泛存在于細菌、真菌、裸子植物、被子植物、哺乳動物等生物中，并存在于生物界系統發育階段的各個水平。一般認為，羽毛，毛發，眼睛，昆蟲表皮，種子等呈現出黑色、褐色、淺黃色等色素，都是酪氨酸酶作用的結果。酪氨酸酶在不同的生物中具有各異但卻都很重要的功能。酪氨酸酶兼有單加氧酶和氧化酶雙重功能，是生物體內參與黑色素（melanin）合成的關鍵酶。酪氨酸酶催化L-酪氨酸最終形成黑色素是一個非常復雜的過程。黑色素的合成途徑一般被分為兩個階段：遠端步驟和近端步驟。近端步驟包括單酚和/或鄰-二酚的酶氧化，由含銅酪氨酸酶催化形成鄰醌；遠端步驟包括化學反應和酶反應，最終合成黑色素。

酪氨酸酶抑制劑作為黑色素祛除劑可以在皮膚美白化妝品具有重要作用，因此，可以通過酪氨酸酶的活性抑制實驗來確定這些美白劑。

酪氨酸酶抑制劑的來源非常廣泛，不僅有天然產物，而且有很多是人工合成化合物。如表1和表2所列，這些化合物在抑制酪氨酸酶單酚酶酶活的同時也抑制了二酚酶的酶活。

1 植物來源的酪氨酸酶抑制劑

眾多的具有生物活性、副作用小的化合物來源于植物。如表1所示，很多植物源的天然產物對酪氨酸酶活性具有抑制作用，并且這些化合物的抑制能力及其抑制類型不盡相同。

1.1 高等植物來源的酪氨酸酶抑制劑

多酚類化合物，如單寧酸，廣泛的存在于自然界中，與花的顏色有關。一些存在于植物中的樹皮、根和葉子的多酚類化合物結構復雜，另一些存在于新鮮水果、蔬菜和茶葉中多酚類化合物結構卻相對簡單。酪氨酸酶強抑制劑黃酮類化合物，如4，5，7-三羥基黃酮、槲皮素、苦參酮、苦參堿 F均在植物中被分離出來。Kubo等人詳細研究了天然產物對酪氨酸酶抑制的構效關系。研究發現，文獻中所有的黃酮類化合物之所以能夠作用酶的活性中心來抑制酶的活性，原因是3位上自由羥基的存在。但是，進一步的研究發現，對于另一些不含3位羥基的黃酮類衍生物，如4-O-葡萄糖甙取代的四羥黃酮和7-O-葡萄糖甙取代的四羥黃酮，仍然對酪氨酸酶具有抑制性。Badria和el Gayyar發現含α-酮基的黃酮類衍生物對酪氨酸酶也具有抑制效果，原因可能是L-DOPA和含α-酮基的黃酮類衍生物具有相同的二羥苯基。上述的結果揭示了天然產物中新的酪氨酸酶抑制劑，這些化合物會被進一步研究以便將來用于治療色素沉著。另一類重要的多酚類化合物是沒食子酸及其衍生物，以D-葡萄糖多酯的結構出現，并且這類化合物在食品工業上作為添加劑應用非常廣泛。各種沒食子酸衍生物從綠茶和五倍子中被分離出來，并且其中的一些對酪氨酸酶抑制作用很強。研究發現，沒食子酸在3位和黃酮成酯后對于酪氨酸酶活性具有很大影響。有趣的是從五倍子中分離而得的1，2，3，4，6-五-沒食子酰-β-D-葡萄糖（PGG）抑制酪氨酸酶的活力并沒有因為被苯環上酯化、羥基化、甲基化而下降。

1.2 醛類及其他類別化合物

大量的醛類及其他類別化合物在高等植物中被分離。這些化合物，諸如肉桂醛、2-烯醛類、2-羥基-4-甲氧基苯甲醛、茴香醛、枯茗醛、3，4-二羥基肉桂酸、4-羥基-3-甲氧基肉桂酸等均是酪氨酸酶抑制劑。醛基和巰基、氨基、羥基一樣，是一種具有生物活性的親核基團，因此能夠和酶的伯氨基形成席夫堿反應。比較各種醛類及其結構類似物，如肉桂酸、茴香酸、枯茗醛、枯茗酸、安息香酸對酪氨酸酶的抑制能力，其中枯茗醛最強，因為枯茗醛的醛基受到異丙基和甲氧基這兩種供電子基團的誘導效應的影響容易在酶的活性部位形成比較穩定的席夫堿。如2-烯醛類化合物，親油性烷基鏈的長短對抑制性會產生影響。因為酪氨酸酶的活性中心是疏水性的“口袋”，隨著碳鏈增長，分子的親酯性提高，因此與酶的結合力增強。Kubo等人研究發現，除了2-羥基-4-甲氧基苯甲醛之外，芳香類的醛是酪氨酸酶的非競爭性抑制劑。大部分的抑制研究是通過衡量酶的半抑制濃度（IC50）來確定的，當然，IC50是一個重要的指標，但是不是唯一的指標，它僅在于描述二酚酶活性抑制上比較準確。因此，研究更多的酪氨酸酶單酚酶和二酚酶抑制動力學參數必要的。

1.3 真菌來源酪氨酸酶抑制劑

除了來自于高等植物，從真菌中也發現了很多酪氨酸酶抑制劑。Madhosingh和Sundberg從圓生蘑菇分離、純化得到了兩種酪氨酸酶抑制劑，通過Lineweaver-Burk雙倒數方程發現，抑制劑Ia為競爭性抑制劑，而另個抑制劑Ib為非競爭性抑制劑。從黑曲霉中分離得到的金屬硫蛋白對酪氨酸酶活性中心的銅原子具有很強的螯合性，因此對酪氨酸酶的抑制性非常強。分析其抑制機理，可能為蛋白所帶的巰基能夠和醌發生親核反應，生成無色的硫醚。經體外研究發現，從圓蘑菇中分離的蘑菇氨酸不僅是酪氨酸酶二酚酶的非競爭性抑制劑，而且是單酚酶的競爭性抑制劑。

2 人工合成酪氨酸酶抑制劑

表2列出了各種通過人工合成而來的酪氨酸酶抑制劑。有一些市售藥物也是酪氨酸酶抑制劑，盡管它們的結構比較簡單。

2.1 藥物

抗高血壓藥卡托普利通過不可逆的非競爭性抑制單酚酶和競爭性的抑制二酚酶活性，從而阻止了黑色素生成，機理為生產的醌受到親核進攻形成無色的產物]。對單酚酶和二酚酶的抑制為正協同性。該藥會和酶形成卡托普利-銅復合物以及能夠與活性部位的半胱氨酸殘基形成二硫鍵。抗甲狀腺藥物甲硫咪唑對單、二酚酶均有抑制作用。和卡托普利相比較，和酶的作用機制類似，但是抑制類型卻不同。

2.2 合成化合物

很多文獻報導了諸多化合物，如過氧化氫、羥胺、鈦鐵試劑和芳香族羧酸均是酪氨酸酶抑制劑。另外一些文獻報導了抑制劑與酶是慢結合型抑制機理。過氧化氫抑制酪氨酸酶可以分兩個階段，并且第一階段相對第二階段迅速。酶的抑制程度大小取決于過氧化氫濃度及其環境的pH，并且在限氧條件下抑制速度比供氧條件下要快。銅螯合劑（如環庚三烯酚酮和疊氮鈉）和底物類似物（如L-含羞草堿、L-苯丙氨酸、對氟苯丙氨酸、苯甲酸鈉）均能夠阻止過氧化氫對酪氨酸酶的失活，表明酶活性中心的銅原子對于失活至關重要。另一種酪氨酸酶抑制劑羥胺在低濃度（33mmol/L）時會縮短單酚酶的延滯時間，而當濃度大于20mmol/L時，羥胺將會抑制二酚酶酶活，減少了黑色素的生成，并且在限氧條件下的失活速率會加快，原因為羥胺會和醌形成具有顏色的肟。羥胺和二酚酶作用導致了酶的抑制是由于有色產物引起的光譜變化和羥胺對酶的失活。在N-取代亞硝基胍類化合物中抑制能力最大的是N-環戊基-N-亞硝基胍，其IC50值為0.6 μmol/L，去掉亞硝基或者羥基，化合物對酪氨酸酶沒有抑制性，說明這兩個官能團是影響酪氨酸酶活性的必須官能團，作用機理可能為化合物對活性中心的銅原子有影響。與L-DOPA相比，鈦鐵試劑是一種弱的還原劑，當酪氨酸在羥基化時，少量還原劑的存在能夠促進反應，鈦鐵試劑只延長反應的延滯時間，而幾乎不會影響L-DOPA的生成。然而，鈦鐵試劑在較高濃度下還原性增加，而延滯時間會縮短。

半胱氨酸和大量的芳香族羧酸是酪氨酸酶的抑制劑。通過抑制劑的本身屬性和酶的測活途徑來判斷是競爭性、非競爭性、混合型、還是反競爭性類型。但是，半胱氨酸和谷胱甘肽這類含巰基的化合物在較高濃度時，氧氣變得無關緊要，都能夠使酶失活。研究發現二甲硫醚是蘑菇酪氨酸酶的競爭性慢結合抑制劑，是研究的第一個揮發性的酪氨酸酶抑制劑。二甲硫醚在植物組織中有一定的生理作用，高濃度的二甲硫醚會抑制酪氨酸酶的表達，因此可以抑制植物的褐變。

參考文獻

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