N-半乳糖基诺博烷氮杂环丁烷的合成及其对稻曲霉β-半乳糖苷酶的强效混合抑制作用

《ChemBioChem》：Synthesis of an N-Galactosyl Norbornane Aziridine and its Potent Mixed Inhibition of Aspergillus oryzae β-Galactosidase

N-galactosyl aziridine derivative NGNA的合成及其作为混合抑制剂的酶活性评价。通过Huisgen环加成反应制备norbornane骨架衍生物，经脱乙酰基和硅胶催化三唑啉环分解得到NGNA。酶动力学分析显示NGNA对A. oryzae β-galactosidase的混合抑制常数Ki=3.65 μM，Ki'=11.68 μM，而对绿咖啡豆酶的抑制常数显著更高（Ki=2247 μM，Ki'=3510 μM），表明其高选择性。实验证实抑制为非共价结合，未观察到共价抑制现象。

　　这项研究聚焦于一种新型的N-半乳糖基氮杂环丙烷化合物的合成及其对β-半乳糖苷酶的抑制作用。β-半乳糖苷酶是一类重要的糖苷酶，广泛存在于自然界中，参与多种生物过程。这类酶通常催化半乳糖苷的水解反应，其作用机制涉及一般酸催化，导致糖苷键的断裂，从而产生不同的产物。研究者通过一种立体选择性的合成策略，成功制备了一种基于环辛烷骨架的N-半乳糖基氮杂环丙烷衍生物，并评估了其对β-半乳糖苷酶的抑制效果。

β-半乳糖苷酶在生物体内具有重要的生理功能，例如参与糖类代谢和分解。在某些情况下，这些酶的异常或缺失会导致严重的代谢性疾病，如半乳糖苷贮积症和莫奎奥综合征。因此，寻找有效的β-半乳糖苷酶抑制剂不仅有助于理解其生物学功能，还可能为相关疾病的治疗提供新的思路。此外，β-半乳糖苷酶抑制剂也被广泛用于研究糖苷酶的结构与功能关系，以及开发新型的活性探针。

研究者采用了一种特定的反应策略，即通过Huisgen环加成反应，在二环辛烷骨架上合成了一种新型的N-半乳糖基氮杂环丙烷化合物。这一反应的关键在于选择性地生成外型（exo）的三唑啉中间体。随后，通过去除乙酰保护基团并利用硅胶促进三唑啉的分解，最终得到了目标产物——N-半乳糖基外型氮杂环丙烷（NGNA）。该化合物在结构上具有独特的特征，可能在与酶活性位点相互作用时表现出不同的化学性质和反应路径。

在评估NGNA对β-半乳糖苷酶的抑制效果时，研究者采用了一系列酶动力学实验。实验结果表明，NGNA对Aspergillus oryzae来源的β-半乳糖苷酶表现出较强的混合型抑制作用，其抑制常数（Ki和Ki'）均在微摩尔（μM）范围内。相比之下，该化合物对绿色咖啡豆来源的α-半乳糖苷酶的抑制作用则相对较弱，显示出较高的选择性。这一发现表明，NGNA可能更倾向于与特定类型的β-半乳糖苷酶结合，而对其他酶的影响较小。

混合型抑制作用通常意味着抑制剂既可以与酶的活性位点结合，也可能影响酶的其他部位，如底物结合位点或催化活性中心。通过构建Lineweaver-Burk图和Cornish-Bowden图，研究者进一步验证了NGNA对β-半乳糖苷酶的混合型抑制特性。此外，研究还探讨了混合型抑制的可能机制，指出这种抑制可能与抑制剂与酶的非典型结合位点相关，例如外型（exo）结合位点。这些发现有助于更深入地理解抑制剂如何影响酶的活性，并为设计更高效的抑制剂提供了理论依据。

为了进一步确认NGNA是否具有共价抑制特性，研究者进行了酶失活实验。实验结果显示，即使在较长时间的孵育下，NGNA对β-半乳糖苷酶的抑制作用仍表现出一定的可逆性，说明其可能并非通过形成稳定的共价键来抑制酶的活性。这一结果表明，NGNA主要通过非共价作用机制与酶结合，从而影响其催化活性。

研究者还对NGNA的合成过程进行了详细描述，强调了其合成方法的高效性和可控性。通过使用乙酰化的β-半乳糖苷氮化物与二环辛烷进行反应，生成外型三唑啉中间体，并通过后续的处理得到最终产物。实验过程中，研究者利用核磁共振（NMR）和高分辨率质谱（HRMS）等技术对中间产物和最终产物的结构进行了确认，确保合成路径的准确性。

该研究不仅展示了新型N-半乳糖基氮杂环丙烷化合物的合成方法，还通过系统的酶动力学实验验证了其对特定β-半乳糖苷酶的抑制效果。这些发现为开发新型的糖苷酶抑制剂提供了新的思路，同时也为研究糖苷酶的结构与功能关系提供了有价值的探针。未来的研究可以进一步探讨NGNA的结构-活性关系，以优化其抑制效率和选择性，同时探索其在更广泛的糖苷酶中的应用潜力。此外，利用连续流动化学等新技术可能有助于提高合成效率和安全性，从而推动该类化合物在药物开发和生物研究中的应用。