《Journal of Molecular Structure》：Competitive Tyrosinase Inhibition by Novel Magnesium Phthalocyanines Bearing Pyridine Groups: Synthesis, Characterization, and Kinetic Evaluation
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本研究合成了水溶性镁酞菁衍生物（3、3a、4、4a），评估其酪氨酸酶抑制活性。4a的IC50为14.17±4.34 μM，显著强于氢醌（47.83±5.72 μM），动力学分析表明其作为竞争性抑制剂起效，提示其作为皮肤美白及神经退行性疾病潜在治疗剂的潜力。
Hüseyin Ba?|Zekeriya Biyiklioglu|?eyma ?zkan|G?k?e Seyhan
土耳其特拉布宗，卡拉德尼兹技术大学理学院化学系
摘要
在本研究中，通过体外酪氨酸酶抑制实验评估了四种新合成化合物（3, 3a, 4, 4a）的酪氨酸酶抑制活性。通过计算它们的IC50值来确定每种化合物的抑制效力，其范围为14.17 ± 4.34至79.21 ± 4.33 μM。在所测试的化合物中，4a表现出最强的酪氨酸酶抑制作用（IC50 = 14.17 ± 4.34 μM），其效力显著高于标准抑制剂科贾酸（IC50 = 47.83 ± 5.72 μM，p < 0.0001）。利用Lineweaver-Burk方法和二级图进行动力学分析表明，4和4a均作为竞争性抑制剂，表现为随着抑制剂浓度的增加，Vmax值保持不变而Km值增加。两种化合物的结合常数（Ki）计算结果为50.82 μM。这些发现表明，4a作为一种强效的酪氨酸酶抑制剂具有潜力，可能应用于治疗色素沉着相关疾病。
引言
酪氨酸酶是一种含有铜离子的金属酶，属于多酚氧化酶亚家族中的双核铜蛋白家族[1]。它是一种关键的氧化还原酶，通过其单酚氧化酶活性将单酚转化为邻二酚，再将邻二酚转化为醌。这种酶的结构特性在不同生物体（如植物、细菌、真菌和哺乳动物）中存在差异[2]。在人类中，酪氨酸酶是黑色素生成过程中限速酶，它将L-酪氨酸转化为L-3,4-二羟基苯丙氨酸（L-DOPA），随后进一步转化为多巴醌（黑色素的前体）[1]。多种环境和细胞因素调节黑色素生成过程，酪氨酸酶及其相关蛋白在此过程中也起着关键作用[2]。
黑色素是一种天然色素，决定了皮肤、头发和眼睛的颜色。当暴露于有害的紫外线辐射下时，黑色素合成会增加以防止DNA损伤[3]。然而，过量的黑色素产生、遗传因素以及酪氨酸酶的过度表达或功能障碍可能导致各种皮肤病（如色素沉着、白癜风和白化病），并可能增加患皮肤癌的风险[3,4]。此外，酪氨酸酶还参与黑质中的神经黑色素合成，神经黑色素丰富的神经元发生病理变化会导致帕金森病中的运动和认知障碍[5]。因此，酪氨酸酶抑制被认为是一个重要的治疗靶点，特别是用于治疗色素沉着障碍，并间接管理某些病理状况（如帕金森病）[4]。
目前，多种酪氨酸酶抑制剂（如科贾酸、对苯二酚和熊果苷）被用于治疗色素沉着，并被添加到美白化妆品中[3]。尽管来自植物提取物的天然抑制剂和合成化合物已得到广泛研究，但许多常用抑制剂存在局限性，包括安全性问题[4]。合成抑制剂由于其结构可修饰性以及潜在的增强效力和选择性而具有显著优势，使其成为针对酪氨酸酶相关途径的药物和化妆品应用的理想候选物[6]。
酞菁是一类大环化合物，因其独特的电子结构（基于18π离域效应）而受到科学界的广泛关注[7],[8],[9]。酞菁是卟啉的合成类似物，由四个异吲哚单元组成[10]。研究表明，酞菁的中心腔能够容纳70种不同的元素离子，包括氢离子（无金属酞菁，H2-Pc）[11,12]。酞菁在各种应用领域的适用性取决于其大环外围和非外围位置的取代基以及中心腔内的金属[13,14]。换句话说，携带功能中心的酞菁部分通过强共价键与连接部分相连，提供了良好的结构稳定性、扩展的共轭系统，从而改善了性能、环境耐受性和应用范围[15]。这些修饰抑制了酞菁的聚集行为，并使其化学性质、溶解度和生物分布得以调节[16]。在这方面，金属酞菁化合物在薄膜[17]、染料敏化太阳能电池[18]、电化学传感器[19]、钙钛矿太阳能电池[20]、催化剂[21]、光动力疗法（PDT）[22,23]和抗癌[24]等领域表现出高活性。
在本研究中，通过对酞菁环进行进一步修饰，合成了含有非外围位置吡啶基团的镁酞菁及其水溶性衍生物，从而降低了聚集程度并提高了水溶性[25,26]。通过体外酶抑制实验和动力学分析验证了这些新化合物作为酪氨酸酶抑制剂的潜力。
尽管已经开发出多种合成和天然酪氨酸酶抑制剂，但大多数抑制剂仍存在溶解度低、稳定性差和安全性问题。因此，仍需要新的、有效的、生物相容性的抑制剂。酞菁因其稳定的大环结构和易于化学修饰而成为有前景的候选物。将亲水性吡啶基团引入酞菁环可以提高水溶性、减少聚集并增强酶的相互作用。基于这一原理，本研究旨在合成水溶性镁酞菁衍生物，并通过体外实验评估其酪氨酸酶抑制活性。
实验部分
所用材料、方法、酪氨酸酶抑制实验、体外动力学分析和统计分析详见补充信息。
合成与表征
水溶性镁酞菁（MgPcs）的合成过程如图1所示。化合物
1和
2是根据文献[27]合成的。
3和
4分别由
1和
2在180°C下、在DBU和1-戊醇存在下、并在MgCl?的作用下合成[28]。
3和
4的FT-IR光谱中2230 cm
-1处缺乏C
N伸缩振动，这支持了酞菁的形成。
3的芳香质子在8.41–6.90 ppm范围内，
4的芳香质子在8.43–7.03 ppm范围内
结论
本研究描述了含有非外围位置吡啶丙氧基团的水溶性且不聚集的镁酞菁的合成、表征及其性质。通过体外实验评估了四种新型化合物（3, 3a, 4和4a）的酪氨酸酶抑制活性。在所测试的化合物中，4a表现出最强的抑制效果，其IC50值最低（14.17 ± 4.34 μM），显著优于标准抑制剂科贾酸
CRediT作者贡献声明
Hüseyin Ba?：撰写 – 审稿与编辑、撰写 – 原稿、可视化、验证、方法学、研究。Zekeriya Biyiklioglu：撰写 – 审稿与编辑、可视化、验证、方法学、研究。?eyma ?zkan：撰写 – 原稿、可视化、验证、方法学、研究。G?k?e Seyhan：撰写 – 原稿、可视化、验证、方法学、研究。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。
