[科普中国]-磷酸二酯酶抑制剂

cAMP 和 cGMP 是细胞内重要的第二信使， 主要通过激活 PKA 和 PKG 途径参与能量代谢、 记忆、 免疫反应、 视觉及嗅觉形成等生理活动， PDEs 可将 cAMP 和 cGMP 水解为无活力 的 5'-AMP 和 5'-GMP， 降 低 胞 内 cAMP 和 cGMP 含量，从而调控机体多种生理病理过程。PDEs 共由 11 种各具特性的同工酶家族组成，其中 PDE4、 7、 8 主要特异性水解cAMP，PDE5、 6、 9 特异性水解 cGMP， 而 PDE1、 2、 3、 10、 11 则对 cAMP 和 cGMP 均起作用。目前，PDE 已经成为药物研究的热门靶点，一些 PDE 抑制剂在临床得到了广泛的应用，如 PDE3 抑制剂用于心衰的治疗， PDE4 抑制剂用于呼吸道炎症的治疗，PDE5 抑制剂用于男性勃起功能障碍的治疗等1。

1、作用机制分析2

环磷酸腺苷(c AMP ) 和环磷酸鸟苷(c GMP ) 是细胞内两种重要的第二信使, 通过特殊的受体参与机体的多种新陈代谢活动, 其细胞内浓度的调节主要由腺( 鸟 ) 苷酸环化酶的合成和磷酸二酯酶 ( P DE s ) 的水解作用之间的平衡决定。 P DE s能特异性地以 3, 5- 环核苷酸为底物, 催化细胞内的 c G MP和c AMP水解生成相应的无活性的 5- 核苷酸, 从而影响生物体的各种代谢功能。

2、PDE1 及其抑制剂1

PDE1 是 最 早 发 现 的 PDE 同 工 酶 之 一， 对 cAMP 与cGMP 均有 水 解 作 用， 已 知 的 PDE1 有 3 种 亚 型: PDE1A、PDE1B 和 PDE1C， 其中， PDE1A 与 PDE1B 对 cGMP 水解能力较强， 而 PDE1C 对 cAMP 与 cGMP 水 解 能 力 无 明 显 差异。PDE1A 主要分布于血管平滑肌细胞中， 可调节平滑肌的紧张性， PDE1B 主要分布于神经系统中， 参与学习记忆、 免疫调节等生理活动，而 PDE1C 主要分布于大脑和平滑肌细胞中，可能参与了血管平滑肌细胞的增殖以及中枢神经系统的信号传递。PDE1 主要通过与 Ca2 + /CaM 绑定发挥作用，绑定后的 PDE1 含有两个催化亚基和两个钙调蛋白分子组成，在第二信使环核苷酸单磷酸与 Ca2 + 之间起到连接的作用，如嗅觉信号终止过程中气味分子与嗅觉受体结合后，通过嗅觉特异性通道 Gs 蛋白激活腺苷酸环化酶，使细胞内 cAMP 升高， cAMP 作用于嗅觉特异的环核苷酸门控离子通道后使得细胞内的 Ca2 + 浓度升高， 随后激活 Ca2 + 调控的氯离子通道， 形成氯离子电流， 从而产生特定的 嗅 觉， 而PDE1 可以特异性水解 cAMP，使得细胞内的 Ca2 + 浓度降低，从而终止嗅觉信号的传递。

目前为止，已发现的 PDE1 选择性抑制剂主要有尼莫地平、 长春西汀、 IC86340 及 IC224 等。Patyar 等认为长春西汀具有抗炎作用，可改善内皮功能紊乱以及动脉粥样硬化，并降低脑中风的几率; 同时， 长春西汀在改善认知功能障碍方面也起到一定的作用。目前，该药已在临床上用于治疗帕金森病( Parkinson' s disease， PD) 和阿尔采末病 ( Alzheimer disease，AD) 等神经退行性疾病。有报道指出， 应用 Ca2 + 通道拮抗剂尼莫地平可以明显降低动脉瘤蛛网膜下腔出血病人的脑动脉痉挛的频率， 改善脑局部缺血， 从而起到预防脑部再次出血和延缓脑局部再缺血的发生。Jeon 等指出，IC86340 和长春西汀可以通过调节 β-链蛋白信号通路来促进血管平滑肌细胞的增殖。

3、PDE2 及其抑制剂1

PDE2 对 cAMP 与 cGMP 均 有 水 解 作 用， 且 PDE2 与cGMP 绑定后可增强其对 cAMP 的水解能力。PDE2 只有 1种亚型 PDE2A，但由于起始密码子的不同， PDE2A 又包含 3种亚型: PDE2A1、 PDE2A2 和 PDE2A3。PDE2 在许多组织和细胞中都有表达，如中枢神经系统、 血小板、 心肌细胞、 内皮细胞中 等。其 中 PDE2A1 主 要 存 在 于 细 胞 基 质 中， 而PDE2A2 与 PDE2A3 存在于细胞膜上。由于 PDE2 与 cGMP结合后可以进一步诱导水解 cAMP， PDE2 可能参与了体内cAMP 与 cGMP 信号交集部分通路调节。另外，PDE2 在调节心肌收缩、 改善认知功能以及长期记忆方面都发挥着重要的作用。

目前，PDE2 的抑制剂主要有 EHNA、 BAY60- 7750、 IC933和双嘧达莫等。有报道称， EHNA 通过抑制 PDE 活性， 可以抑制恶性黑色素瘤细胞 DNA 合成， 使肿瘤细胞周期停留在G2 /M 期。此外，经 EHNA 治疗的细胞周期蛋白 A 的 mRNA表达降低，而 S 期调控蛋白细胞周期蛋白 E 的 mRNA 的表达升高，从而影响恶性黑色素瘤细胞周期进程， 为临床治疗恶性黑色素瘤提供了新的可能。研究证实，在未添加外源性细胞因子的情况下，EHNA 可以抑制胚胎干细胞神经元分化和自发性分化，表明 EHNA 在抑制组织胚胎干细胞的分化和维持其多能性中也具有重要的作用; 双嘧达莫具有抗血小板 凝 集 的 功 能， 用 于 治 疗 缺 血 性 心 脑 血 管 疾 病;Domek-opacińska 等发 现 BAY-60-7550 可 以 调 节 NO /cGMP 信号通路，从而改善 AD 病人和脑老化病人的认知和长期记忆功能。相比较 PDE1 抑制剂， PDE2 选择性抑制剂的作用机制已经较为明确，为改善学习和认知功能提供了很好的治疗途径。

4、PDE3 及其抑制剂1

PDE3 对 cAMP 与 cGMP 均有水解能力，但对于 cAMP 的水解能力约为 cGMP 的十倍。PDE3 有两种基因亚型:PDE3A 与 PDE3B，分别位于染色体 11 与 12 上， 由于起始密码子的不同，PDE3A 又可分为 PDE3A1、 PDE3A2 和 PDE3A3三种亚型，主要分布于心脏、 血小板、 血管平滑肌及卵母细胞中，具有调节心肌收缩力、 血小板聚集、 血管平滑肌收缩、 卵母细胞 成 熟 及 肾 素 释 放 等 作 用。PDE3B 只 有 一 种 亚 型PDE3B1，主要分布于脂肪细胞、 肝细胞、 精母细胞以及胰腺中，主要参与调节胰岛素、 胰岛素样生长因子以及瘦素的信号传导，在肥胖和糖尿病等代谢性疾病中发挥着重要的作用。PDE3 选择性抑制剂主要有西洛他唑、 西洛酰胺、 米力农、 氨力农、 依诺昔酮和氰胍佐旦等。石岭云等指出，氨力农可抑制 PDE3 活性，提高心肌细胞内 cAMP 的浓度，升高细胞内 Ca2 + 浓度，从而充分发挥正性肌力作用。同时， 氨力农可直接作用于血管平滑肌细胞，具有良好的扩张血管作用，增加心肌收缩力， 降低肺动脉压力， 恢复心肺功能， 在慢性肺心病合并心力衰竭的治疗中具有重要的价值。此外， 西洛他唑已经通过了美国药品与食品管理局( FDA) 的认证， 临床上用于抗血小板聚集、 肺动脉高压 ( pulmonary hypertension，PAH) 、 慢性阻塞性肺疾病( chronic obstructive pulmonary disease， COPD ) 、间 歇 性 跛 行 以 及 脑 微 血 管 疾 病 的 治疗。近年来，中药成分在抑制 PDE 活性方面的研究也逐渐增加， 谭萍等发现中药银杏叶提取物具有与 PDE3抑制剂相似的功效， 可使急性脑梗死患者的血小板中 PDE3活性下降，从而大大提升胞内 cAMP 水平， 可有效地抑制血小板聚集，达到改善血液流变学及神经功能缺损的效果。

5、PDE4 及其抑制剂1

PDE4 对 cAMP 具有高度特异性， 有 4 种亚型: PDE4A、PDE4B、 PDE4C 和 PDE4D，每个 PDE4 基因都有多个转录单位和启动子， PDE4 约有 20 个同功酶， 广泛分布于人体各种组织和细胞中，如大脑、 肾脏、 心肌细胞， 内皮细胞和免疫细胞中。PDE4 参与了促进单核细胞与巨噬细胞活化、 中性粒细胞浸润、 血管平滑肌的增殖、 血管扩张以及心肌收缩等相关生理病理过程， 对中枢神经系统功能、 心血管功能、炎症 /免疫系统、 细胞黏附等都有影响。

目前，对 PDE4 的研究主要集中在免疫及炎症相关疾病中，世界上许多著名的制药公司都把 PDE4 作为慢性炎症相关疾病的靶点。PDE4 抑制剂发挥抗炎作用主要通过以下几种途径: ( 1) 抑制多种炎症介质的活性; ( 2) 抑制细胞黏附因子的上调和表达; ( 3) 抑制血白细胞的活化; ( 4) 诱导细胞凋亡; ( 5) 诱导具有抑制活性的细胞因子的生成( 如白细胞介素-6) ; ( 6) 诱导儿茶酚胺类物质和内源性激素的释放。第一代 PDE4 抑制剂主要有茶碱、 咯利普兰和吡拉米司特等，咯利普兰对神经系统疾病， 如 PD、 抑郁症和焦虑等都具有一定的治疗价值。但第一代 PDE4 抑制剂由于严重的恶心、 呕吐等副作用， 在临床上的应用受到了限制; 第二代PDE4 抑制剂有罗氟司特和西洛司特等， 其中罗氟司特已经通过了 FDA 和欧盟 药 品 管 理 局 的 批 准， 用 于 COPD 的 治疗。此外，罗氟司特对于其他炎症性疾病也有一定的治疗效果，如溃疡性结肠炎和克罗恩病。第三代 PDE4 抑制剂阿普斯特已经用于自身免疫性疾病如银屑病的治疗， 且副作用更小，病人更易耐受。

6、PDE5 及其抑制剂1

PDE5 可以特异性水解 cGMP， 只有 1 种亚型 PDE5A， 由于起始密码子的不同， PDE5A 又可分为: PDE5A1、 PDE5A2和 PDE5A3。PDE5 主要分布于肺、 胰腺、 大脑、 阴茎海绵体、血管平滑肌细胞、 血小板、 骨骼肌细胞以及心肌细胞中。PDE5 可以很好地调节血管平滑肌的收缩力， 尤其是阴茎和肺部血管平滑肌的收缩力，PDE5 也可通过 NO-cGMP 信号传递途径参 与 血 小 板 的 聚 集， 同 时 PDE5 也 可 能 在 大 脑 内cGMP 信号传递上起到重要的作用。

PDE5 的选择性抑制剂主要有西地那非、 伐地那非、 他达那非、 敏喘宁和乌地那非等。西地那非不仅在治疗男性勃起功能障碍( erectile dysfunction，ED) 上取得了巨大的成功， 也可用于治疗 PAH， 改善病人的呼吸困难。Yanagisawa 等报道称，通过对 PAH 病人 7 年的跟踪研究， 发现西地那非作为 PAH 的一线用药，可以明显提高患者的存活率并改善其生存质量。也有研究证明， PAH 病人每天服用他达那非 40mg，生活质量得到改善， 病情恶化得以减缓。此外， 近些年来，研究人员也对 PDE5 抑制剂在抗癌方面展开了积极的研究，Tinsley 等研究表明，西地那非可能参与了硫化舒林酸选择性抑制乳腺癌细胞的生长和诱导癌细胞凋亡的过程。

7、PDE7 及其抑制剂1

PDE7 家族的生物学功能与 PDE4 相似， 对 cAMP 具有高度的选择性，作为新的慢性炎症的治疗靶点受到了越来越多的关注。PDE7 家族共有 2 种亚型， PDE7A 和 PDE7B， 二者基因序列同源性高达 70% 。其中， PDE7A 包括 3 种亚型:PDE7A1、 PDE7A2 和 PDE7A3， PDE7A 主要分布于大脑、 脾脏、 肺部、 胸腺以及各种淋巴细胞中， 特别是在巨噬细胞和 T淋巴 细 胞 中 高 度 表 达。PDE7B 也 有 3 种 亚 型: PDE7B1、PDE7B2 和 PDE7B3，PDE7B 主要存在于心脏、 大脑、 肺、 肾、肝、 睾丸和肌肉组织中。

目前发现的 PDE7 选择性抑制剂有 BRL-50481 和 IC242以及基于计算机模拟发现的喹唑啉类和噻二唑类小分子化合物 S14 和 VP1． 15 等。BRL- 50481 可以下调慢性淋巴细胞白血病( CLL) 细胞中 PDE7B 蛋白的表达， 升高 cAMP 含量，从而诱导 CLL 细胞凋亡。此外， BRL- 50481 联合其它抑制剂使用时，可增强其它 PDE 抑制剂的效果， 如 BRL- 50481单独作用于 CD8 + T 淋巴细胞、 单核细胞、 肺巨噬细胞后，CD8 + T 淋巴细胞增殖无明显变化， 单核细胞和肺巨噬细胞肿瘤坏死因子( TNF-α) 生成仅降低 2% － 11% ， 但可明显增强 PDE4 抑制剂咯利普兰对以上 3 种细胞株增殖的抑制作用，并明显降低 TNF-α 生成，从而增强其抗炎作用。新发现的 S14、 VP1． 15 的 IC50 分别为 5. 5 和 1. 1 μmol·L － 1 ， 它们可以通过抑制 PDE7 活性来提高胞内 cAMP 的浓度起到抗炎的作用，从而有效减少小鼠因炎症反应引起的脊髓损伤的二次损伤。

由于目前对其它 PDE 家族成员， PDE6，8，9 和 11 的研究尚不深入，报道较少，在此不作深入阐释。PDE6 存在于视网膜杆状细胞中， 特异性水解 cGMP， 可能在治疗遗传性色盲、 视网膜色素变性等疾病方面存在重要作用; PDE8 可以特异性水解 cAMP，可能参与了调节心室肌细胞兴奋收缩偶联等生理活动; PDE9 可特异性水解 cGMP，可以改善记忆和认知功能; 近些年来有报道称 PDE10 可能参与了肺动脉血管重塑的过程，可作为 PAH 治疗的潜在靶点; Libé等报道，PDE11A 可能与睾丸和肾上腺肿瘤的发生存在一定关联，目前 PDE11 尚无特异性抑制剂。