天然化合物Litreol及其衍生物作为人源5-脂氧合酶高效抑制剂的分子机制与抗炎作用研究

本研究针对炎症性疾病治疗中5-脂氧合酶（5-LO）抑制剂开发的迫切需求，系统评估了从Lithraea caustica中分离的天然化合物(Z)-3-(pentadec-10’-enyl)-catechol（litreol, CI）及其合成衍生物抑制人白细胞白三烯生物合成的分子机制。研究发现CI和CS在细胞和无细胞体系中均表现出纳摩尔级抑制活性（IC50分别为0.26μM和0.80μM），能有效阻断5-LO/FLAP蛋白相互作用和MAPK信号通路，为开发新型抗炎药物提供了重要先导化合物。

　　

炎症是人体应对组织损伤的复杂生理过程，由多种信号通路和免疫细胞共同调控，其中脂类介质特别是白三烯（LTs）和前列腺素E₂(PGE₂)等促炎因子扮演关键角色。5-脂氧合酶（5-LO）作为白三烯生物合成的限速酶，催化花生四烯酸（AA）转化为5-氢过氧二十碳四烯酸（5-HPETE），进而生成LTB₄或半胱氨酰白三烯（CysLTs）。虽然齐留通（zileuton）是目前唯一获FDA批准的5-LO抑制剂，但其存在肝毒性、需要高剂量给药以及非特异性抑制前列腺素合成等局限性，迫切需要开发更高效、安全的抑制剂。

在这项发表于《Redox Biology》的研究中，来自意大利Biogem遗传研究所的研究团队对天然化合物litreol（CI）及其三种合成衍生物（CS、AS、AI）进行了系统药理学评价。研究人员通过细胞水平实验（人中性粒细胞和单核细胞）、无细胞酶活测定、分子对接和分子动力学模拟等技术手段，深入探究了这些化合物抑制5-LO活性的分子机制及其抗炎潜力。

关键技术方法包括：从智利Lithraea caustica植物叶片中提取并纯化天然化合物；化学合成和结构表征衍生物；使用人外周血分离的免疫细胞进行药效学评价；重组人5-LO蛋白的无细胞活性测定；Western blot分析信号通路；免疫荧光显微镜观察蛋白亚细胞定位；计算机辅助的分子对接和分子动力学模拟分析结合模式。

3.1. litreol化合物对分离白细胞中5-LO产物生物合成的抑制效果

研究人员首先在人中性粒细胞（PMNL）中评估了化合物对5-LO产物形成的抑制能力。结果显示，CI和CS在A23187刺激的细胞中表现出强力抑制活性，IC₅₀值分别为0.26μM和0.80μM。当加入外源性AA时，CI和CS的效力进一步增强（IC₅₀分别为0.09μM和0.07μM），表明其作用机制不是竞争性抑制。此外，CI和CS还能抑制12-LO活性（IC₅₀分别为3.15μM和5.10μM），而AS和AI效果不显著。

3.2. litreol化合物在无细胞测试系统中对5-LO抑制的效果

在无细胞体系中，CI和CS直接抑制重组人5-LO活性，IC₅₀值分别为0.06μM和0.15μM，证实了它们对5-LO酶的直接作用。增加AA浓度并不降低化合物的抑制效率，进一步支持了其非竞争性抑制机制。

3.3. litreol化合物对ROS形成的影响

由于5-LO活性对氧化还原状态敏感，研究人员评估了化合物对活性氧（ROS）形成的影响。所有化合物在1-10μM浓度下均不影响PMA刺激的PMNL中ROS生成，表明其5-LO抑制活性并非通过抗氧化机制实现。

3.4. litreol化合物调节5-LO激活通路的影响

Western blot分析显示，CI能抑制fMLP诱导的p38 MAPK和ERK磷酸化，而CS无此效应。两种化合物均不影响细胞内Ca²⁺动员。在LPS刺激条件下，所有衍生物均能抑制NF-κB表达，其中CI效果最为显著。

3.5. litreol化合物对5-LO和FLAP亚细胞定位的影响

免疫荧光显微镜观察发现，CI能阻断A23187诱导的5-LO向核膜转位以及5-LO/FLAP共定位，而CS无此作用，这表明CI通过干扰5-LO的细胞内 trafficking 来抑制其活性。

3.6. litreol衍生物对环氧合酶活性和PGE₂形成的影响

在LPS刺激的人单核细胞中，所有化合物（1-10μM）均显著抑制PGE₂形成，表明它们对COX通路也有抑制作用，具备双重抗炎活性。

3.7. 与5-LO的结合模式研究和计算机ADME分析

分子对接和分子动力学模拟揭示，CI和CS结合于5-LO的变构位点，与AKBA（3-acetyl-11-keto-beta-boswellic acid）结合模式部分重叠。CI通过其儿茶酚基团与R101、R138和E134形成氢键网络和π-π堆积作用，而CS由于缺乏双键，能更深地穿透变构口袋但与关键精氨酸残基的相互作用较弱。乙酰化衍生物AS和AI因儿茶酚羟基被掩蔽而完全失活，证实了游离儿茶酚基团是维持活性的关键药效团。

研究结论表明，天然化合物litreol（CI）及其衍生物CS是高效、选择性的人5-LO抑制剂，通过多重机制发挥抗炎作用：直接抑制5-LO酶活性、阻断5-LO/FLAP相互作用、抑制MAPK信号通路和NF-κB活化。CI的抑制活性比其氢化类似物CS强2.5-3倍，凸显了分子中双键结构对维持最佳构象和结合亲和力的重要性。

该研究的重要意义在于发现了一类具有新颖作用机制的先导化合物，为开发治疗白三烯相关炎症性疾病（如哮喘、过敏性鼻炎、关节炎等）的新型治疗药物提供了重要基础。特别是CI分子同时作用于5-LO和COX通路的多靶点特性，使其具备开发为广谱抗炎药物的潜力。研究人员提出的结构优化策略——保持儿茶酚药效团的同时对疏水尾进行结构约束和溶解度改造——将为后续药物化学研究提供明确方向。

这些发现不仅深化了对5-LO变构调控机制的理解，也为从天然产物中开发新型抗炎药物提供了成功范例，对炎症性疾病的治疗药物开发具有重要推动作用。