基于哌啶骨架的可溶性环氧水解酶抑制剂的发现：合成、性质、分子动力学模拟及其在急性肺损伤中的潜在应用

《Acupuncture and Herbal Medicine》：Discovery of soluble epoxide hydrolase inhibitors based on the skeleton of piperine: synthesis, properties, molecular dynamics simulation, and their potentials in acute lung injury

　　黑胡椒衍生物11h通过抑制sEH活性减轻LPS诱导的急性肺损伤，机制涉及NF-κB/Nrf2通路及EETs水平调节。

　　本研究聚焦于一种名为“可溶性环氧化物水解酶”（sEH）的酶，该酶在炎症性疾病中具有重要的调控作用。通过分析天然产物“胡椒碱”（piperine）的化学结构，研究人员成功地设计并合成了一系列基于其骨架的sEH抑制剂，其中化合物11h展现出显著的抑制效果，并在急性肺损伤（ALI）模型中表现出良好的治疗潜力。本文系统地介绍了从结构优化到实验验证的全过程，旨在揭示化合物11h在炎症和氧化应激中的作用机制，以及其作为新型sEH抑制剂的前景。

### 一、sEH在炎症性疾病中的作用

可溶性环氧化物水解酶（sEH）是一种重要的酶，主要负责水解生物活性代谢物——环氧化二十碳三烯酸（EETs）和其他环氧化脂肪酸（EpFAs），将其转化为无活性的二醇形式（如二氢羟基二十碳三烯酸）。这一过程在维持细胞内环氧化物水平方面起着关键作用，而sEH的异常活动则可能导致这些环氧化物的过度水解，从而削弱其抗炎作用。因此，抑制sEH成为治疗多种炎症相关疾病的重要策略。

研究发现，sEH的活性在多种疾病中均起到推动作用，例如肺部炎症、神经炎症和肾脏损伤等。通过对sEH基因的敲除或通过药物抑制其活性，可以有效缓解这些疾病的病理过程。因此，寻找高效的sEH抑制剂成为当前药物研发的重要方向之一。

### 二、胡椒碱及其衍生物的结构优化

胡椒碱是一种天然存在的酰胺类生物碱，来源于胡椒（*Piper nigrum*）。它本身对sEH具有一定的抑制作用，但其抑制活性较弱，半数抑制浓度（IC50）约为35.1 μM。为了提升其抑制效果，研究人员通过化学方法对其结构进行了改造，旨在通过引入更具活性的官能团，如尿素基团，来增强其与sEH的结合能力。

在结构优化过程中，研究者首先将胡椒碱中的哌啶环替换为哌嗪环，以获得新的化合物10。然而，这一改造导致其sEH抑制活性完全丧失，说明哌啶环在维持抑制作用方面具有重要作用。随后，研究团队在哌嗪环的4位引入尿素基团，生成了化合物11a，其IC50值显著下降至0.86 μM，显示出比原化合物更强的抑制能力。进一步在苯环上引入不同取代基，如氯原子和溴原子，得到化合物11b、11f、11h、11j等，其中11h的IC50值仅为0.04 μM，显示出极强的sEH抑制活性。此外，研究还发现引入氟原子或三氟甲基基团的化合物（如11k、11n、11o）在一定程度上也提高了抑制效果，而氰基取代的化合物（如11r）则表现出较弱的活性。

这些结果表明，尿素基团在增强sEH抑制活性方面具有决定性作用，同时，取代基的类型和位置也对最终的抑制效果产生重要影响。通过系统的结构修饰，研究团队成功筛选出多个具有潜在应用价值的sEH抑制剂，其中化合物11h表现出最优异的性能。

### 三、分子对接与动态模拟

为了进一步理解化合物11h与sEH的相互作用机制，研究人员采用了分子对接技术进行分析。结果表明，化合物11h的芳香族不饱和基团能够占据sEH的疏水性结合口袋，而其尿素基团则与sEH中的Asp333、Tyr381和Tyr465三个关键氨基酸残基形成三个氢键，从而稳定化合物的活性构象。这一氢键网络对于化合物与sEH的结合至关重要，有助于增强其抑制效果。

此外，通过100 ns的分子动力学模拟，研究人员发现化合物11h与sEH的结合具有较高的稳定性，其根均方偏差（RMSD）值在0.6至1.7 ?之间波动，表明其在酶活性位点中的结合状态较为稳定。进一步的结合能分解分析显示，多个非极性残基（如Phe265、Trp334、Met337、Ile361、Pro369、Val497和Leu498）在化合物11h与sEH的结合过程中发挥了重要作用。这些残基的相互作用不仅增强了化合物的结合能力，还提高了其在体内维持活性的时间。

### 四、化合物11h在急性肺损伤模型中的作用

为了验证化合物11h的治疗潜力，研究人员构建了由脂多糖（LPS）诱导的急性肺损伤（ALI）小鼠模型，并通过多种实验手段评估其对肺部病理变化的缓解作用。实验结果显示，化合物11h在体内能够有效抑制sEH的活性，从而提高EETs的水平。EETs作为重要的抗炎分子，其水平的提升有助于调节炎症反应和氧化应激。

具体而言，化合物11h显著降低了LPS诱导的肺部炎症因子水平，包括肿瘤坏死因子α（TNF-α）、白细胞介素6（IL-6）、髓过氧化物酶（MPO）和乳酸脱氢酶（LDH）。这些因子的减少表明，化合物11h能够有效减轻肺部的炎症反应和组织损伤。此外，H&E染色结果显示，LPS导致肺泡塌陷和肺水肿，而化合物11h能够显著改善这些病理特征。

在免疫组织化学和免疫荧光分析中，研究人员检测了化合物11h对巨噬细胞（CD68标记）和中性粒细胞（Gr-1标记）的影响。结果表明，化合物11h能够显著抑制巨噬细胞的激活，并减少其诱导的中性粒细胞募集。这进一步支持了其在缓解ALI中的作用。

### 五、NF-κB与Nrf2通路的调控

研究还发现，化合物11h能够通过调节NF-κB和Nrf2信号通路来改善LPS诱导的肺部炎症和氧化应激。NF-κB是一种重要的炎症调节因子，其激活会导致多种炎症相关基因的表达增加，包括IL-6、TNF-α、ICAM-1和VCAM-1。在实验中，化合物11h显著降低了这些基因的表达水平，表明其能够有效抑制NF-κB的激活。

与此同时，Nrf2通路则与细胞内的抗氧化防御密切相关。化合物11h通过激活Nrf2，提高了其下游蛋白（如NQO-1、GCLC、HO-1和GCLM）的表达水平，从而增强细胞的抗氧化能力。此外，它还通过抑制NADPH氧化酶2和4（NOX2和NOX4）的表达，减少了活性氧（ROS）的生成，从而缓解氧化应激。

### 六、化合物11h的组织分布与体内活性

为了进一步评估化合物11h的体内活性，研究人员对其在不同组织中的分布情况进行了分析。结果显示，化合物11h主要在肺部和肾脏中富集，其中肺部的浓度最高（187.3 ng/g），这与sEH在肺部炎症中的关键作用相吻合。由于肺部是炎症反应的重要场所，这种组织特异性分布进一步支持了其在治疗ALI中的应用前景。

此外，研究人员还进行了化合物11h在肺部的体内实验，发现其能够浓度依赖性地改善LPS诱导的肺部病理变化。这表明，化合物11h不仅具有良好的体外抑制活性，还能够在体内发挥显著的抗炎和抗氧化作用，为后续的临床转化研究提供了基础。

### 七、结论与意义

综上所述，本研究通过结构修饰的方法，成功合成了多个基于胡椒碱骨架的sEH抑制剂，并从中筛选出具有最强抑制活性的化合物11h。该化合物不仅在体外表现出显著的sEH抑制能力，还在LPS诱导的急性肺损伤模型中显示出良好的体内活性，能够通过NF-κB和Nrf2通路改善炎症反应和氧化应激。分子对接和动态模拟进一步揭示了其与sEH的结合机制，为后续药物设计提供了理论依据。

化合物11h的发现为开发新型sEH抑制剂提供了重要的候选分子。由于sEH在多种炎症性疾病中的关键作用，包括肺部疾病、神经退行性疾病和肾脏疾病，化合物11h有望成为这些疾病的治疗药物。此外，其良好的组织分布特性也表明，它可能在临床应用中具有较高的生物利用度和靶向性。

本研究的成果不仅拓展了sEH抑制剂的化学多样性，还为炎症性疾病的治疗提供了新的思路。通过深入研究化合物11h的作用机制，未来可以进一步优化其结构，提高其选择性和药代动力学特性，从而推动其在临床中的应用。同时，该研究也为天然产物在药物开发中的价值提供了新的例证，展示了从传统药物中寻找现代治疗药物的潜力。