酪氨酸酶抑制剂的研究进展

张启勤

摘 要：酪氨酸酶在黑色素的生物合成过程中起着关键性的作用，是黑色素合成的限速酶，该酶决定了哺乳动物皮肤、头发的颜色。部分色素沉着性疾病，如皮肤病，如黄褐斑、雀斑等，是由于过量水平的黑色素在表皮沉积而形成。因此，可以选择应用酪氨酸酶抑制剂，通过抑制酪氨酸酶的活性，阻断黑色素的合成反应链，减少其在皮肤内的生成，从而达到祛斑增白的效果。近年来，由于其在化妆品领域的广泛应用，使得不断有更新更有效的酪氨酸酶抑制剂得到研究并开发。

关键词：酪氨酸酶 抑制剂 植物来源 人工合成

中图分类号：Q356.1 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）06（c）-0200-02

酪氨酸酶（Tyrosinase），又称多酚氧化酶，是一种含铜金属酶，广泛存在于细菌、真菌、裸子植物、被子植物、哺乳动物等生物中，并存在于生物界系统发育阶段的各个水平。一般认为，羽毛，毛发，眼睛，昆虫表皮，种子等呈现出黑色、褐色、浅黄色等色素，都是酪氨酸酶作用的结果。酪氨酸酶在不同的生物中具有各异但却都很重要的功能。酪氨酸酶兼有单加氧酶和氧化酶双重功能，是生物体内参与黑色素（melanin）合成的关键酶。酪氨酸酶催化L-酪氨酸最终形成黑色素是一个非常复杂的过程。黑色素的合成途径一般被分为两个阶段：远端步骤和近端步骤。近端步骤包括单酚和/或邻-二酚的酶氧化，由含铜酪氨酸酶催化形成邻醌；远端步骤包括化学反应和酶反应，最终合成黑色素。

酪氨酸酶抑制剂作为黑色素祛除剂可以在皮肤美白化妆品具有重要作用，因此，可以通过酪氨酸酶的活性抑制实验来确定这些美白剂。

酪氨酸酶抑制剂的来源非常广泛，不仅有天然产物，而且有很多是人工合成化合物。如表1和表2所列，这些化合物在抑制酪氨酸酶单酚酶酶活的同时也抑制了二酚酶的酶活。

1 植物来源的酪氨酸酶抑制剂

众多的具有生物活性、副作用小的化合物来源于植物。如表1所示，很多植物源的天然产物对酪氨酸酶活性具有抑制作用，并且这些化合物的抑制能力及其抑制类型不尽相同。

1.1 高等植物来源的酪氨酸酶抑制剂

多酚类化合物，如单宁酸，广泛的存在于自然界中，与花的颜色有关。一些存在于植物中的树皮、根和叶子的多酚类化合物结构复杂，另一些存在于新鲜水果、蔬菜和茶叶中多酚类化合物结构却相对简单。酪氨酸酶强抑制剂黄酮类化合物，如4，5，7-三羟基黄酮、槲皮素、苦参酮、苦参碱 F均在植物中被分离出来。Kubo等人详细研究了天然产物对酪氨酸酶抑制的构效关系。研究发现，文献中所有的黄酮类化合物之所以能够作用酶的活性中心来抑制酶的活性，原因是3位上自由羟基的存在。但是，进一步的研究发现，对于另一些不含3位羟基的黄酮类衍生物，如4-O-葡萄糖甙取代的四羟黄酮和7-O-葡萄糖甙取代的四羟黄酮，仍然对酪氨酸酶具有抑制性。Badria和el Gayyar发现含α-酮基的黄酮类衍生物对酪氨酸酶也具有抑制效果，原因可能是L-DOPA和含α-酮基的黄酮类衍生物具有相同的二羟苯基。上述的结果揭示了天然产物中新的酪氨酸酶抑制剂，这些化合物会被进一步研究以便将来用于治疗色素沉着。另一类重要的多酚类化合物是没食子酸及其衍生物，以D-葡萄糖多酯的结构出现，并且这类化合物在食品工业上作为添加剂应用非常广泛。各种没食子酸衍生物从绿茶和五倍子中被分离出来，并且其中的一些对酪氨酸酶抑制作用很强。研究发现，没食子酸在3位和黄酮成酯后对于酪氨酸酶活性具有很大影响。有趣的是从五倍子中分离而得的1，2，3，4，6-五-没食子酰-β-D-葡萄糖（PGG）抑制酪氨酸酶的活力并没有因为被苯环上酯化、羟基化、甲基化而下降。

1.2 醛类及其他类别化合物

大量的醛类及其他类别化合物在高等植物中被分离。这些化合物，诸如肉桂醛、2-烯醛类、2-羟基-4-甲氧基苯甲醛、茴香醛、枯茗醛、3，4-二羟基肉桂酸、4-羟基-3-甲氧基肉桂酸等均是酪氨酸酶抑制剂。醛基和巯基、氨基、羟基一样，是一种具有生物活性的亲核基团，因此能够和酶的伯氨基形成席夫碱反应。比较各种醛类及其结构类似物，如肉桂酸、茴香酸、枯茗醛、枯茗酸、安息香酸对酪氨酸酶的抑制能力，其中枯茗醛最强，因为枯茗醛的醛基受到异丙基和甲氧基这两种供电子基团的诱导效应的影响容易在酶的活性部位形成比较稳定的席夫碱。如2-烯醛类化合物，亲油性烷基链的长短对抑制性会产生影响。因为酪氨酸酶的活性中心是疏水性的“口袋”，随着碳链增长，分子的亲酯性提高，因此与酶的结合力增强。Kubo等人研究发现，除了2-羟基-4-甲氧基苯甲醛之外，芳香类的醛是酪氨酸酶的非竞争性抑制剂。大部分的抑制研究是通过衡量酶的半抑制浓度（IC50）来确定的，当然，IC50是一个重要的指标，但是不是唯一的指标，它仅在于描述二酚酶活性抑制上比较准确。因此，研究更多的酪氨酸酶单酚酶和二酚酶抑制动力学参数必要的。

1.3 真菌来源酪氨酸酶抑制剂

除了来自于高等植物，从真菌中也发现了很多酪氨酸酶抑制剂。Madhosingh和Sundberg从圆生蘑菇分离、纯化得到了两种酪氨酸酶抑制剂，通过Lineweaver-Burk双倒数方程发现，抑制剂Ia为竞争性抑制剂，而另个抑制剂Ib为非竞争性抑制剂。从黑曲霉中分离得到的金属硫蛋白对酪氨酸酶活性中心的铜原子具有很强的螯合性，因此对酪氨酸酶的抑制性非常强。分析其抑制机理，可能为蛋白所带的巯基能够和醌发生亲核反应，生成无色的硫醚。经体外研究发现，从圆蘑菇中分离的蘑菇氨酸不仅是酪氨酸酶二酚酶的非竞争性抑制剂，而且是单酚酶的竞争性抑制剂。

2 人工合成酪氨酸酶抑制剂

表2列出了各种通过人工合成而来的酪氨酸酶抑制剂。有一些市售药物也是酪氨酸酶抑制剂，尽管它们的结构比较简单。

2.1 药物

抗高血压药卡托普利通过不可逆的非竞争性抑制单酚酶和竞争性的抑制二酚酶活性，从而阻止了黑色素生成，机理为生产的醌受到亲核进攻形成无色的产物]。对单酚酶和二酚酶的抑制为正协同性。该药会和酶形成卡托普利-铜复合物以及能够与活性部位的半胱氨酸残基形成二硫键。抗甲状腺药物甲硫咪唑对单、二酚酶均有抑制作用。和卡托普利相比较，和酶的作用机制类似，但是抑制类型却不同。

2.2 合成化合物

很多文献报导了诸多化合物，如过氧化氢、羟胺、钛铁试剂和芳香族羧酸均是酪氨酸酶抑制剂。另外一些文献报导了抑制剂与酶是慢结合型抑制机理。过氧化氢抑制酪氨酸酶可以分两个阶段，并且第一阶段相对第二阶段迅速。酶的抑制程度大小取决于过氧化氢浓度及其环境的pH，并且在限氧条件下抑制速度比供氧条件下要快。铜螯合剂（如环庚三烯酚酮和叠氮钠）和底物类似物（如L-含羞草碱、L-苯丙氨酸、对氟苯丙氨酸、苯甲酸钠）均能够阻止过氧化氢对酪氨酸酶的失活，表明酶活性中心的铜原子对于失活至关重要。另一种酪氨酸酶抑制剂羟胺在低浓度（33mmol/L）时会缩短单酚酶的延滞时间，而当浓度大于20mmol/L时，羟胺将会抑制二酚酶酶活，减少了黑色素的生成，并且在限氧条件下的失活速率会加快，原因为羟胺会和醌形成具有颜色的肟。羟胺和二酚酶作用导致了酶的抑制是由于有色产物引起的光谱变化和羟胺对酶的失活。在N-取代亚硝基胍类化合物中抑制能力最大的是N-环戊基-N-亚硝基胍，其IC50值为0.6 μmol/L，去掉亚硝基或者羟基，化合物对酪氨酸酶没有抑制性，说明这两个官能团是影响酪氨酸酶活性的必须官能团，作用机理可能为化合物对活性中心的铜原子有影响。与L-DOPA相比，钛铁试剂是一种弱的还原剂，当酪氨酸在羟基化时，少量还原剂的存在能够促进反应，钛铁试剂只延长反应的延滞时间，而几乎不会影响L-DOPA的生成。然而，钛铁试剂在较高浓度下还原性增加，而延滞时间会缩短。

半胱氨酸和大量的芳香族羧酸是酪氨酸酶的抑制剂。通过抑制剂的本身属性和酶的测活途径来判断是竞争性、非竞争性、混合型、还是反竞争性类型。但是，半胱氨酸和谷胱甘肽这类含巯基的化合物在较高浓度时，氧气变得无关紧要，都能够使酶失活。研究发现二甲硫醚是蘑菇酪氨酸酶的竞争性慢结合抑制剂，是研究的第一个挥发性的酪氨酸酶抑制剂。二甲硫醚在植物组织中有一定的生理作用，高浓度的二甲硫醚会抑制酪氨酸酶的表达，因此可以抑制植物的褐变。

参考文献

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