磷酸二酯酶
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磷酸二酯酶（PDEs）具有水解細胞內(nèi)第二信使（cAMP,環(huán)磷酸腺苷或cGMP,環(huán)磷酸鳥苷）的功能，降解細胞內(nèi)cAMP或cGMP，從而終結這些第二信使所傳導的生化作用。 cAMP和cGMP對于細胞活動起著重要的調(diào)節(jié)作用。而其濃度的調(diào)節(jié)主要由核苷酸環(huán)化酶的合成和磷酸二酯酶(PDEs)水解作用之間的平衡決定。PDEs在人體內(nèi)分布廣泛，生理作用涉及多個研究領域。近年來，PDEs作為新的治療靶點，引起了眾多學者廣泛的關注，成為一個的研究熱點，選擇性PDE 4和PDE 5抑制劑的臨床研究受到格外的重視。
目錄 |
基因分型：
分子克隆技術揭示磷酸二酯酶(phosphodiestera~s，PDEs)是一個多基因大家族，．開發(fā)選擇性的磷酸二酯酶抑制劑將為多種疾病的治療開辟新的思路。PDEs是一個多基因的大家族，它包括11型共30余種具有不同底物專一性、酶動力學特征、調(diào)控特點以及細胞與亞細胞分布區(qū)域不同的磷酸二酯酶同功酶 PDEs擁有相似的結構，均包含調(diào)控和催化兩個功能區(qū)域。各型PDEs催化區(qū)的氨基酸序列75% 以上相同．顯示出家族成員間的同源性．并決定著對底物或抑制劑的專一性。PDEs具有不同的底物專一性：PDEs 4、7、8專一作用于cAMP，而PDEs 5、6、9則選擇性地作用于cGMP。PDE3以相似的親和力與cAMP和cGMP結合，但相對較步地水解cGMP，因而在功能上被視作對cAMP專一，cGMP通過與酶作用部位的競爭性結合而起負調(diào)控因子作用。PDEs 1和．2既能水解cAM[ ，又能水解cGMP，但PDE1因其亞型不同，對兩種底物綻揮不同的水解效能。PDEs的氨基端調(diào)控區(qū)域具有高度異源性，反映PDE家族成員的不同的輔助因子。此區(qū)域是與ca ／鈣諷蛋白(CaM )(PDE1)、非催化的cGMP fPDE2、5、6)和轉導子(transducin)(PDE6)相結合的部位 另外，PDE3和PDE4氨基端部位還包括膜上的靶區(qū)域，PDE1、3、4、5包含蛋白激酶磷酸化部位。這些磷酸化部位能夠調(diào)節(jié)催化活性和(或)亞細胞定位 底物和輔助因子的恃異性組合使得cAMP和cGMP系統(tǒng)間的交互作用成為可能。在血小板，硝基擴管類藥物或PDE5抑制劑均可使cGMP增加，進而導致PDE3受抑制而繼發(fā)性地增加cAMP口 。相反，在腎上腺球粒細胞，心房利鈉因子(atrialⅡatri—tlret~ factor，ANF)使cGMP 增加并通過cGMP介導的PDE2活化，抑制cAMP刺激的醛固酮合成。
作用機制：
cAMP和cGMP作為神經(jīng)遞質、激素、光和氣味等物質的第二信使，廣泛作用于細胞內(nèi)靶器官，如：激酶、離子通道及各種PDEs。當外來信號經(jīng)跨膜傳遞并引起一系列生理反應使核苷酸環(huán)化酶激活后(如圖1所示)，cAMP和cGMP產(chǎn)生，PDEs家族的使命便是使之水解失活為5單磷酸核5（monophosphate nucleoside5, AMP)。核苷酸環(huán)化酶的合成和PDEs水解失活之間的平衡決定了第二信使cAMP和cGMP的濃度。值得注意的是，cGMP不但被PDEs水解，而且能調(diào)節(jié)一些PDEs活性，如PDE 2可被cGMP刺激，而PDE 3可被cGMP抑制，PDE 4對cGMP不敏感。
PDE 4抑制劑的抗炎作用機制主要涉及［5，8，9］：①抑制多種炎癥介質/細胞因子的釋放，能夠抑制TH 2細胞IL-4、 IL-5基因的表達。②抑制白細胞的激活(呼吸爆發(fā))，抑制白細胞游走。③抑制細胞粘附因子(CAM)的表達或上調(diào)。④誘導產(chǎn)生具有抑制活性的細胞因子，如IL-6。⑤誘導細胞凋亡。⑥刺激內(nèi)源性激素和兒茶酚胺類物質的釋放。
PDE 5作用機制 關于陰莖勃起的機制很復雜，目前尚無統(tǒng)一認識。現(xiàn)在多數(shù)研究者已將注意力從血流動力學轉向神經(jīng)介質。已證實有三種神經(jīng)機制共同參與海綿體平滑肌和螺旋動脈張力調(diào)控。即腎上腺素能、膽堿能、和非腎上腺素能非膽堿能(NANC)?，F(xiàn)在認為NANC機制是海綿體血管、平滑肌舒張的主要機制，而NO為NANC的神經(jīng)介質。在整個勃起生理過程中，陰莖血管及海綿體平滑肌舒張是關鍵因素。sildenafil通過NO/cGMP通路而發(fā)揮作用. 在盆腔神經(jīng)NANC神經(jīng)系統(tǒng)刺激下，NO合酶(NOS)作用于L-精氨酸的胍基氮末端產(chǎn)生NO，由于其親脂性，可透過細胞膜在鄰近細胞間迅速擴散，并作用于細胞中的鳥苷酸環(huán)化酶(GC)，與其亞鐵血紅素分子中的鐵離子結合，形成NO-GC復合物。這種復合物與該酶的卟啉部位相結合，導致構型的改變而激活GC，使細胞中cGMP大量產(chǎn)生，cGMP作為細胞內(nèi)第二信使，可產(chǎn)生一系列生理反應，使海綿體平滑肌及血管舒張。cGMP傳遞信息的同時被PDE 5水解轉化為5GMP而失活。sildenafil選擇性抑制PDE 5對cGMP水解，從而使cGMP積聚性濃度提高，大大增強了其血管舒張效果
各型磷酸=酯酶：
1、磷酸=酯酶1
pDE]有3種同功酶：PDE1A、1B和1C，分別由不同的基因編碼。PDE1的催化活性是通過兩個caM結合區(qū)域來調(diào)控的，然而每種同功酶都有其被激活的獨特ca 闞值。PDE1C可同等地水解cAMP和cq P，能下
調(diào)葡萄糖刺激的胰島索分泌 ]。PDEIA和PDE1B主要水解eGMP[ 。．3種PDEI的分布均有其確定的組織和細胞定位。PDE1B主要在腦和淋巴細胞表達，有絲分裂刺激后，其表達增加 ]。目前已知的 PDE ｝牽制劑有Vinpoeetin、Phenothiazine、SCH51866等，但它們?nèi)狈μ禺愋?。鑒于PDE1基因鍆多樣性及其可能在Ca 和核苷酸信號通路發(fā)揮交互聯(lián)系的作用，提示其在治療中樞神經(jīng)系統(tǒng)、心血管和免疫系統(tǒng)紊亂中有一定意義。
2、磷酸=酯酶2
3種cGMP刺激的髓碴s POE2A1、A2和A3都是一個基困的產(chǎn)物，但由于各外顯子連接的不同，它們的氨基蠼存在差異。PDE2顯示出不同的組織和亞細胞分布。膜結合的酶存在于腦和心臟．而可溶性的酶則存在于肝臟和血小板。PDE2亦分布于T細胞．當抗原受體結合后，胸腺細胞PDE2活性下調(diào)。在胸腺細胞，依細胞內(nèi)eGMP的濃度的不同．對cAMP代謝的控制可使PDE4轉換為PDE2口]。與此相似，在血小板，PDE2的作用有賴于環(huán)核苷酸的濃度：低cAMP濃度時，PDE2的活性依賴于eGMP；高cAMP濃度時．無論cGMP存在與否．PDE2水解
cAM P口]。在心畦．cAMP和eGMP的濃度相互依賴．提示PDE2和PDE3抑制劑可在治療心絞痛、高血壓和心衰中發(fā)揮作用。EHNA[erythro-9一(2-hydroxy一3-nonyt j adenine)為中等效能的PDE2選擇性抑制劑；也是腺苷脫氨酶的強抑制劑，因此可致腺苷聚集．并經(jīng)由受體調(diào)控cAMP水平。cGMP和腺苷的協(xié)同作用也有利于 心律失常的治療 。
3、磷酸二酯酶3
人類PDE3的兩種同功酶PDE3A 和PDE3B是分別位于染色體1 2和11上的不同基因的產(chǎn)物。PDE3A和PDE3B的催化區(qū)域均包含一互不相同的44個氮基酸插入段。這44個氨基酸的不同不僅使PDE3A 和PDE3B相互區(qū)分，亦使PDE3的催化部位有別于其它類型的PDEs。PDE3A 和PDE3B的mRNA 分布于不同的組織和細胞：在血小板、心臟和血管平滑肌富含PDE3A，而PDE3B 主要分布在脂肪細胞和T 淋巴細胞 “許多PDE3抑制劑被視作強效血管擴張劑和兼有抗血小板活性的藥物而用于治療心衰然而，前瞻性的隨機的Milrinone生存評估測試顯示：反復口服給予PDE3抑制劑Milrlnone會增加心衰病人的死亡率0 。故僅少數(shù)PDE3抑制劑如Milrinone、Aminone、Enoximone可以急性、短期靜脈給藥治療心衰，同時須密切監(jiān)泓病人是否會出現(xiàn)室性心律失常增加的情況。PDE3B抑制劑可調(diào)節(jié)T淋巴細胞功能，人類T 細胞以PDE3和PDE4占優(yōu)勢，PDE3和PDE4抑制劑相互協(xié)同．能強有力地抑制T細胞受體介導的細胞因子的產(chǎn)生和有絲分裂的擴增 ?！ ?/p>
4、磷酸二酯酶4
人類PDE4的同功酶具多樣性，分種亞型：PDE4A、4B、4C和4D。PDE4與多種炎性細胞的cAMP水解有關．因此．抑制PDE4可抑制免疫和炎癥細胞。而且．cAMP介導氣道平滑肌松弛。與口腎上腺素受體激動劑相比．PDE4抑制劑擴張支氣管的作用較弱。PDE4 抑制劑Rolipram、Denbufylline、CDP840、CP80633、Ro20 1724等可能成為新型抗炎藥物。 。CDP8~．0用于哮喘的治療．CP80633能減少特異反應性的病人的皮膚病變部位的炎癥 選擇性PDE4亞型抑制劑的開發(fā)將有可能增強療效而減少不良反應。新型、強效PDE4抑制劑1-pyridy｜naph—thalene的一系刊衍生物顯示出良好的抗哮喘作用且少有嘔吐及心血管方面的不良反應 ?！ ?/p>
5 磷酸二醋酶5
與PDEsl和PDEs2不同，PDE5絕對專一地水解eGMP，且無同功酶。PDE5包含兩個立體異構的cGMP結合位點．串聯(lián)地排列于蛋白質的氨基端 eGMP與此兩位點的結合并不直接影響酶的催化活性．但影響酶被PKA磷酸化的能力 。PDE5抑制劑有Zaprinast，Viagm CSilaenaft1)，E4021等。cGMP中介NO介導的內(nèi)皮松弛和ANF介導的利尿作用。通過抑制PDE5麗使胞內(nèi)cGMP升高將有利于高血壓、充血性心力衰竭、冠狀動脈疾病和心絞痛的治療，且PDE5抑制劑尚有拭血小板和抗血栓活性。此外，PDE5抑制荊能降低肺動脈壓力并對心率影響極少，有望成為新型的選擇性的肺動脈擴張荊。E一4010是一種選擇性的PDE5抑制劑．能夠緩解缺氧所致的大鼠肺動脈高壓。長期使用E．4010能降低monoer~aline所引發(fā)的肺動脈高壓大鼠的死亡率“ FDA 已批準Viagra用于治療男性陽痿和勃起功能障礙。人海綿體上主要分布有PDE5，還有PDE2和PDE3l2 。用PGE1和Forskolin研究結果提示陰莖平滑肌也可通過cAMP介導松弛 。因此，Viagra尚有可能通過cGMP中介的PDE3抑制而升高cAMP 發(fā)揮作用。在Via．gra的I期試驗中，有3 的病人出現(xiàn)視覺徽染藍綠色，可能是由于視網(wǎng)膜功能的短暫的、可逆性的改變而造成。這主要是因為Viagra，E4021等對PDE5和PDE6選擇性不高所造成 ]。研制第三代PDE5抑制劑將對PDE5絕對專一性作用為方向?！ ?/p>
6 磷酸二醅酶6
PDE6是光感受器細胞進行光轉換級聯(lián)反應過程中重要的酶。它的活性受異三聚體G蛋白的調(diào)控。視桿細胞PDE6全酶是一個四聚體蛋白質，它包括a、B兩個大催化亞基和兩個具有PDE6抑制作用的小7亞基。在暗反應光感受器，7亞基有低水平的PDE6活性。遇光后，視色素視紫紅質激活視網(wǎng)膜G蛋白(即轉導子)，使7亞基發(fā)揮抑制PDE6
的活性。而且，除了水解eGMP的活性部位，a、p兩個催化亞基有高親和力的非催化cGMP的結臺位點 這些非催化位點不直接調(diào)控在活性位點的cGMP的催化，麗是調(diào)控7亞基對催化亞基的親和 ?！ ?/p>
7 磷酸二醋酶7
PDE7A1和PDE7A2是同一基因在表達上不同接合的變型，二者的mRNA均在多種組織中普遍表達口 。然而蛋白質的表達則有嚴格限制，提示PDE7的功能角色使其蛋白質的翻譯受到高度調(diào)控。在T淋巴細胞中已發(fā)現(xiàn)PDE7A1活性和蛋白質。抑制PDE7可能有利于治療某些免疫功能紊亂。
8 其他磷酸=酯酶
目前，還認定了PDE8、PDE9、PDE10和PDE11。PDESA是一種cAMP選擇性酶，對非選擇性PDE 抑翩劑1BMX 不敏感，但可被Dipyridimole所抑制。PDE9A是一種高度親和性的cGMP專一的PDE，可被Zaprinast輕度抑制。PDE9缺乏與PDE2、5、6相似的cGMP結合的立體異構區(qū)域。PDEgA的mRNA 在腎臟高度表達 Ⅲ 。PDE]OA 水解cAMP和cGMP，其RNA 在警丸和腦組織中高度表達 。
結論與展望
結論：
磷酸二酯酶超家族的多樣性和復雜性為多種疾病的治療提供了新的線索。必須設法了解PDEs作用的細胞內(nèi)微環(huán)境及這些酶之間的相互影響和作用機制 對PDEs結構及PDEs抑制劑的研究有利于探索河功酶的選擇性，因而有利于新型高選擇性抑制劑的研制。
展望 ：
PDEs同工酶分布在不同組織中，具有不同的生理功能。不只每個PDE家族有特異性底物和調(diào)節(jié)特點，而且每個家族各成員間也有組織、細胞、亞細胞特異性表達的不同，參與不同的信號傳導通路。選擇性PDEs抑制劑可特異性作用于不同的同工酶而發(fā)揮不同的作用。所以PDEs成為藥物開發(fā)很有吸引力的作用靶點。在心血管、生殖、抗炎、免疫等諸多領域均涉及到PDE同工酶家族。而且隨著分子生物學、生物化學、藥理學的研究發(fā)展，PDE同工酶被細分為若干亞家族及次亞家族，所以藥物可高特異性作用于某靶點，而大大減少毒副作用。對于選擇性PDEs抑制劑的研究，目前大多尚處于基礎試驗階段，臨床試驗剛剛起步。而且，新的家族成員不斷被發(fā)現(xiàn)，家族成員之間的差異也逐步達到能夠精細的定位。這預示藥理工作者在此領域將擁有一個艱辛而又前景無限的未來。
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