1. 研究目的与意义
以环氧化酶-1和-2（COX-1，COX-2）为靶点的传统非甾体类抗炎药主要用于治疗炎症，发热和疼痛。然而长期使用这些药物会产生严重的副作用。为了减少这些副作用，微粒体前列腺素E2合成酶-1被认为是一个新的药物开发靶点。mPGES-1是三种前列腺素E2合酶之一，属于诱导型表达的酶，能被致炎因子诱导而大量表达，在多种疾病如关节炎、炎症相关性发热和疼痛、动脉粥样硬化及癌症的病理生理过程中均发挥着重要的作用。
通过抑制mPGES-1有效避开传统NSAID和COX-2特异性抑制剂的不良反应，是提升现有解热镇痛抗炎药的一个重要靶点，同时也是开发动脉粥样硬化、中风、肿瘤等疾病治疗药物的一个潜在靶标。但目前特异性mPGES-1抑制剂的研发还很少。对mPGES-1表达的调节机制及其参与等疾病的具体机制进行深入研究，可为以mPGES-1为靶点的新型药物及治疗其他疾病的药物开发与应用提供依据，相信以此靶点开发的药物将发挥重要作用。
2. 文献综述
前列腺素E2合成酶抑制剂的研究进展
【摘要】以环氧化酶-1和-2（COX-1，COX-2）为靶点的传统非甾体类抗炎药主要用于治疗炎症，发热和疼痛。然而长期使用这些药物会产生严重的副作用，主要是胃肠道损伤和肾危害。尽管COX-2选择性药物（昔布类）能够减少胃肠道并发症，但临床试验表明它有显著增加心血管疾病的风险。为了减少这些副作用，mPEGS-1被认为是一个新的药物开发靶点。mPGES-1是三种前列腺素E2合成酶之一，属于诱导型表达的酶，能被致炎因子诱导而大量表达，在多种疾病如关节炎、炎症相关性发热和疼痛、动脉粥样硬化及癌症的病理生理过程中均发挥着重要的作用。本文就mPGES-1研究背景、分子生物学特征及其抑制剂的研究进展作一综述。
【关键词】前列腺素E类，微粒体前列腺素E2合酶，基因表达，药物靶点，酶抑制剂。
前列腺素类化合物（PGs）是一类在体内广泛存在的脂类调节因子，包括前列腺素和血栓烷（TXA），其中前列腺素E2是最为常见也是最为重要的物质。一方面PGE2对胃肠粘膜有营养、修复和保护的作用，可以防止溃疡的形成；另一方面，PGE2也是炎症反应中疼痛和发热的介质，参与炎症的病理生理过程，同时还与骨质破坏和癌症发生及发展有关[1]。PEG2的生物合成受3种酶的顺序调控，首先是细胞膜上的磷脂在磷脂酶PLA2的作用下，释放花生四烯酸（AA）；而后，花生四烯酸被氧化酶（COX）催化形成前列腺素G2（PGG2）和前列腺素H2（PGH2）；PGH2再被前列腺素E2合酶（PGES）催化产生PGE2见图1
传统的解热镇痛抗炎药例如阿司匹林属于非选择性COX抑制剂，同时抑制了COX-1和COX-2的活性，切断了其他类型前列腺素的合成途径，从而引发了胃肠道反应、加重出血倾向等一系列不良反应[2]。20世纪90年代，出现了一些如罗非昔布，塞来昔布等特异性COX-2抑制剂，而对COX-1影响极小。昔布类药物能改善胃肠道耐受性，但临床研究显示特异性COX-2抑制剂同时也影响了PGI2和TXA2等其他前列腺素的合成，从而引发心肌梗死、血栓症等心血管不良事件。正是由于特异性COX-2抑制剂的安全性问题，使得研究者转而将新药开发的目光投向直接靶向PGE合成的酶系PGES的药物上。根据PEGS在细胞中的定位和对谷胱甘肽(GSH)的依赖性，PGES至少可分为3种：胞质型前列腺素E2合酶(cPGES)、膜结合型前列腺素E2合酶-1(mPGES-1)和膜结合型前列腺素E2合酶-2(mPGES-2)[3]。
1.mPGES-1的概述
PGES是催化生成PGE2的末端酶类，至少包括cPGES和mPGES-1、mPGES-2三种亚型,其中cPGES和mPGES-2是持续性表达，维持PEG2基础分泌的，只有mPGES-1是可诱导型的，与COX-2功能性偶联后介导PGE2的合成，参与多种疾病的病理生理过程，较适合于作为药物作用的靶点。mPGES-1抑制剂只抑制PGE2的合成，而不影响其他前列腺素的合成，特异性更强、产生副作用的可能性更小。
1.1mPGES-1基因的结构
mPGES-1与其他二十烷基物质和谷胱甘肽代谢有关的膜相关蛋白（MAPEG）超家族成员有一定同源性。包括MGST-1、MGST-2、MGST-3和5一脂氧酶活化蛋白（FLAP）以及白三烯C4合成酶（LTCS）。与其同源性最高的是MGST-1。GSH是mPGES-1活性必需的辅助因子。在所有MAPEG蛋白中，Arg110都是严格保守的，为mPGES-1的催化活性所必需。人mPGES-1基因定位于染色体9q34.3，包括三个外显子(136、83和1526bp)和两个内含子(4.2和8.8kb)，基因长度14.8kb，cDNA编码一个由152个氨基酸组成的分子质量为16000左右的蛋白。
人mPGES-1基因启动子富含GC序列。存在几个可能的转录因子结合位点，包括2个GC盒、Barbie盒的2个串联重复序列和1个芳香烃应答排列元件，但其功能位点没有TATA盒。这些结合位点中，GC盒是人mPGFS-l启动子表达所必需的，与GC盒结合的转录因子是早期生长反应基因1（Egr-1）。在肿瘤坏死因子α和白介素1β等诱导下，Egr-l与mPGES-1启动子上接近转录起点的GC盒结合从而启动转录，这是mPGES-1表达调节的关键步骤[4]。
1.2与炎症、发热以及疼痛的关系
mPGES-1与炎症关系非常密切，其在体外可被致炎因子(LPS、IL-1β、TNFα)诱导而大量表达。在角叉菜胶诱导的足爪急性关节炎模型大鼠体内，mPGES-1mRNA和蛋白水平均明显增加，PGE2水平也相应地显著提高。另有研究发现，在类风湿性关节炎患者的滑膜组织，特别是滑膜巨噬细胞和成纤维细胞中，mPGES-1有大量的表达。这些研究结果均表明，mPGES-1参予了急、慢性炎症的病理生理过程。
对在炎症状态下mPGES-1与中枢性高热和疼痛的关系进行的大量研究发现：给试验动物注射内毒素或IL-1β后，其大脑内皮细胞中的mPGES-1mRNA水平呈现短暂性显著升高。在采用角叉菜胶诱发足爪周围炎模型大鼠的中枢神经系统中，mPGES-表达和PGE水平均升高。在Kamei等进行的醋酸扭体实验中，预先给mPGES-1-/-小鼠或野生型小鼠注射LPS后再使用醋酸，结果mPGES-1-/-小鼠的扭体次数比后者明显减少，表明急性疼痛效应降低；但若mPGES-1-/-小鼠不预先使用LPS就直接给予醋酸，而野生型小鼠先使用吲哚美辛后再给予醋酸，则后者的疼痛反应明显低于前者。在非炎症性疼痛模型中，野生型与mPGES-1-/-小鼠对热源刺激引起的疼痛反应没有差异[5]。
研究认为，经mPGES-1诱导产生的PGE是LPS诱导的疼痛反应中的主要介质，但疼痛反应还与PGE或PGI2有关，比如缺失PGI2受体IP(IP-/-)的小鼠对疼痛的反应性就显著降低。因此，是否能用选择性mPGES-1抑制剂来达到消炎、镇痛的目的，还需要有更多的研究[6]。
2.mPGES-1抑制剂研究进展
这类还在研发中的药物，专门抑制mPGES-1。细胞在遭受发炎刺激时，COX-2会发出指令，造成大量的mPGES-1生成。降低mPGES-1，而非造成正常数量前列腺素，将可能控制PGE2的量，达成止痛的效果，却不伤害到心脏及胃。早期通过酶学方法筛选出的抑制剂(如NS-398、15d-PGJ等)都能在低摩尔浓度起抑制作用[7]。但这些抑制剂都不是mPGESl选择性抑制剂，在细胞模型中的效果没有酶学研究中的表现那么理想，同时可能由于其与蛋白的结合能力很强而在全身循环中失去抑制效。选择性COX-2抑制剂像塞来昔布1（IC50=22μM），罗美昔布2（IC50=33μM），伐地昔布3（IC50=75μM）以及NS-398（IC50=20μM)等（图二）
随后的研究都着眼于选择性抑制剂的开发，有研究者通过建立细胞模型筛选出具有选择性抑制mPGES-1活性的化合物CMl8828；从有生物或药用活性的化合物库中，通过高通量筛选也发现了一些mPGES-1选择性抑制剂，如具有咪唑菲结构的化合物MF63、苯唑西林和二羟丙茶碱等，这些抑制剂具有较低的半数抑制浓度和较高的生物利用度。此外，还有一些新的筛选方法也在不断发展[8,9]。
最近，匹立尼酸衍生物被开发成新型mPGES-1和5-LOX酶双重抑制剂，在这一系列化合物中，联苯匹立尼酸衍生物（7）分子中有一个亲脂性正己基链，一个羧基，它表现出mPGES-1和5-LOX抑制活性(mPGES-1IC50=1.3μmol/L;5-LOXIC50=1.0μmol/L)，同时带有一定的COX抑制活性。联苯昔康衍生物(8)表现出了高效的mPGES-1抑制活性和相对较弱的COX抑制活性（mPGES-1IC50=0.016μmol/L;COX-1IC50=118μmol/L，COX-2IC50=263μmol/L）[10]
结构 | IC50[μM] | |
1 | 22 | |
2 | 33 | |
3 | 75 | |
4 | 20 | |
5 | 80 | |
6 | 16 | |
7 | mPGES-1IC50=1.3μmol/L;5-LOXIC50=1.0μmol/L | |
8 | mPGES-1IC50=0.016μmol/L;COX-1IC50=118μmol/L，COX-2IC50=263μmol/L |
图二
3.结语
传统的NSAID及近些年临床使用的COX-2特异性抑制剂都存在心血管方面的不良反应，因此需要寻找一条更安全、更理想的干预途径：mPGES-1作PGE2合成的终端限速酶，具有多种牛物学活性，是有效抑制PGE2的分子靶点，通过抑制mPGES-1有单避开传统NSAID和COX-2特异性抑制剂的不良反应，是提升现有解热镇痛抗炎药的一个重要靶点。同时也是开发动脉粥样硬化、中风、肿瘤等疾病治疗药物的一个潜在靶标。但目前特异性mPGES-1抑制剂的研发还很少。对mPGES-1表达的调节机制及其参与等疾病的具体机制进行深入研究，可为以mPGES-1为靶点的新型药物及治疗其他疾病的药物开发与应用提供依据，相信以此靶点开发的药物将发挥重要作用。
参考文献：
[1]IvanovAI，RomanovskyAA．ProstaglandinE2asamediatoroffever：synthesisandcatabolism．FrontBiosci，2004，9(5)：l977-1993.
[2]张伦.我国解热镇痛药产销分析.中国药房,2006,17(1):10-12.
[3]王迪寻,金惠铭.人体病理生理学.北京:人民卫生出版社,2002:262,365.
[4]Wobst,I.;Schiffmann,S.;Birod,K.;Maier,T.J.;Schmidt,R.;Angioni,C.;Geisslinger,G.;Grosch,S.DimethylcelecoxibinhibitsprostaglandinE2production.Biochem.Pharmacol.,2008,76,62-69.
[5]Thoren,S.;Jakobsson,P.J.Coordinateup-anddown-regulationofglutathione-dependentprostaglandinEsynthaseandcyclooxy-genase-2inA549cells.InhibitionbyNS-398andleukotrieneC4.Eur.J.Biochem.,2000,267,6428-6434.
[6]JrKuehlFA,EganRW.Prostaglandins,arachidonicacid,andinflammation[J].Science,1980,210(4473):978-984.
[7]Koeberle,A.;Rossi,A.;Verotta,L.;Northoff,H.;Sautebin,S.;Werz,O.ThemicrosomalprostaglandinE2synthase-1isafunctionaltargetoftheanti-inflammatoryandanti-carcinogenichyperforin.2009,submitted.
[8]RiendeauD,AspiotisR,EthierD,etal.InhibitorsoftheinduciblemicrosomalprostaglandinE2synthase(mPGES-1)derivedfromMK-886[J].BioorgMedChemLett,2005,15(14):3352-3355.
[9]SamuelssonB,MorgensternR,JakobssonPJ.MembraneprostaglandinEsynthase-1:anoveltherapeutictarget[J].PharmacolRev,2007,59(3):207-224.
[10]LianJH，GuoL，HuRW，etal.Establishmentofacell-baseddrugscereningmodelforidentifyingdown-regulatorsofProteinTyrosinePhosphatase1Bexpression[J]．ExpClinEndocrDiab，2007,115(1)：24-28．
3. 设计方案和技术路线
见图片具体路线
4. 工作计划
1月~2月：文献调研
3月~4月：制定合成路线
4月~5月：进行实验
5. 难点与创新点
1.mPGES-1作为PGE2合成的终端限速酶，具有多种生物学活性，是有效抑制PGE2的分子靶点，通过抑制mPGES-1有效避开传统NSAID和COX-2特异性抑制剂的不良反应。
2.但目前特异性mPGES-1抑制剂的研发还很少，苯丙异喹啉酮衍生物作为mPEGS-1抑制剂，是一种新型的抗炎药物。
以上是毕业论文开题报告，课题毕业论文、任务书、外文翻译、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
