磷酸二酯酶（phosphodiesteras，PDEs）是一類可水解細胞內第二信使環磷酸腺苷（cyclic adenosine monophosphate，cAMP）和環磷酸鳥苷（cyclicguanosine monophosphate，cGMP）的酶類，參與了多種信號傳遞和生理活動。PDEs由21個基因編碼組成，根據其對抑制劑敏感性和胺基酸序列的不同分為11個家族（PDE1～11）。PDE家族基因的多樣性及其複雜的表達方式，提示其不同的亞型可能具有不同的病理和生理機制。PDEs參與了炎症、哮喘、抑鬱等多種疾病病理過程的發生和發展，可作為治療各類複雜疾病的重要靶點。因此，著力於發現包括合成類和天然來源的PDEs抑制劑先導化合物，是促進該類抑制劑新藥研發的關鍵。
目前，合成的PDEs抑制劑藥物雖然在治療炎症、哮喘、神經退行性疾病、銀屑病等疾病方面具有良好的效果，但同時也存在一系列不良反應。如PDE4抑制劑羅氟司特，臨床上用於慢性阻塞性肺疾病（COPD）的治療，伴隨的副作用主要表現為噁心、頭痛、腹瀉甚至失眠和抑鬱等。用於治療斑塊型銀屑病的藥物阿普斯特（Apremilast），可以選擇性抑制PDE4A1A，進而改善銀屑病關節炎患者的體徵和症狀，其半數抑制濃度（IC50）為14 μmol/L。但其也具有一定的不良反應，如噁心、嘔吐、腹瀉、上呼吸道感染、緊張性頭痛，甚至抑鬱等。PDE3選擇性抑制劑米力農存在心臟毒性。因此，這些副作用極大地限制了PDEs抑制劑臨床應用範圍和治療前景。
天然產物一直是防病、治病藥物的主要來源，在神經退行性疾病治療方面有悠久的歷史和堅實的基礎。儘管人工合成的藥物在藥物研發中佔有相當大的比重，但是臨床上應用的很多藥物都是直接或間接來源於天然產物。天然產物依然是治療重大疾病的藥物或先導化合物的主要源泉之一。因此，從天然產物中尋找高效低毒且選擇性強的PDEs活性抑制成分越來越受到科學家的重視。本文介紹了天然產物中對各PDEs亞型具有抑制作用的活性成分，以期為針對該靶點的新藥研發提供參考。
1 PDE1及其天然抑制劑
細胞內Ca2+濃度的升高會引起細胞無序死亡及循環系統紊亂，進而導致神經退行性疾病如阿爾茨海默病、帕金森病、卒中以及心肌梗死。20世紀70年代，科學家們分別通過對鼠腦和牛腦組織的研究首次證明了鈣離子激動的PDE1的存在。PDE1家族代表了環核苷酸和細胞內鈣離子之間的調控關係，已被證明能夠調節Ca2+以及環狀核苷酸cAMP和cGMP的細胞內信號轉導途徑。研究發現，PDE1主要存在於腦、心臟組織、平滑肌和心肌組織中，並在運動行為、學習和記憶功能區扮演了重要的角色。包括3個已知的鈣調蛋白依賴型磷酸二酯酶（CaM-PDEs）基因PDE1A、PDE1B、PDE1C，在中樞神經系統的組織中調節信號傳導發揮了關鍵的作用。
從夾竹桃科蔓長春花屬多年生藤本植物小蔓長春花Vinca minor L. 中分離得到的長春胺（1，圖1），可以在一定程度上調節腦循環，維持神經動態平衡。覃文才等研究發現，長春胺對由樟柳鹼和亞硝酸鈉引起的記憶鞏固不良具有一定程度的改善作用。長春胺可以誘導生成前列腺素並同時改變膜通量和膜內Ca2+的分布，從而影響Ca2+介導的平滑肌收縮及舒張。通過結構修飾，比長春胺更加高效低毒的衍生物相繼被合成出來，其中作用最著名的是阿樸長春胺酸乙酯，也被稱為長春西汀。臨床上可以選擇性地增加腦血流量，改善腦部微循環和腦代謝。此外，該藥物對抑鬱症也具有輔助治療作用。
2 PDE2及其天然抑制劑
PDE2主要分布在大腦、神經元、心臟中，在肝臟、胎盤、骨骼肌中也有分布。其4個亞型（PDE2A1、PDE2A2、PDE2A3、PDE2A4）具有高度的同源性[2]。PDE2不僅能水解cGMP和cAMP，而且對cGMP的選擇性是對cAMP的30倍。其抑制劑可以用來治療心臟病、改善記憶力以及抑制血栓的形成等。Erthro-9-[2-hydroxyl-3-nonyl] ademine（EHNA）是PDE2抑制劑（IC50＝0.8 μmol/L），常作為參照物用於PDE2抑制活性檢測，但由於其抑制腺苷脫氨酶的活性非常好，因此在應用上受到很多限制。
豆科蝶形花亞科（Papilionoideae）植物中廣泛存在的一種異黃酮類成分金雀異黃素（2，圖2），對PDE2具有良好的抑制活性，IC50為（1.7±0.2）μmol/L。目前國內已經批准多種以金雀異黃素為主要成分的功能性保健品用於臨床。
3 PDE3及其天然抑制劑
PDE3可以同時水解cAMP和cGMP，主要分布在血管、心臟、腎臟集合管上皮細胞、腦內紋狀體和海馬中，有PDE3A和PDE3B 2個亞型。PDE3參與體內多種生理活動的調節，如舒張血管平滑肌、抗血小板凝聚、抗血栓形成、強心以及抗細胞增殖等，在心力衰竭等症的治療中也具有臨床應用價值。目前市場上應用的PDE3抑制劑米力農可以升高心肌胞漿內的Ca2+，增強心肌細胞收縮力，從而減輕心負荷，顯著改善心力衰竭症患者的臨床症狀。但由於長期服用該藥可能導致頭痛、室性心律失常，過量時可有低血壓、心動過速等不良反應，極大地限制了其臨床應用。近年來，對於天然產物在PDE3抑制作用方面的研究逐漸增加。譚萍等對銀杏葉中單體成分的PDE3抑制活性做了研究，結果顯示，3種濃度（1、10、100 μmol/L）下，單體成分槲皮素（3）、山柰酚（4）、銀杏內酯A（5）對ADP誘導的血小板凝聚均有一定程度的抑制效果。目前銀杏葉提取物被廣泛用於治療外周動脈阻塞性疾病、腦缺血性疾病和相關的神經性疾病。臺中鼠李Rhamnus nakaharai (Hayata) Hayata產於我國臺灣中部，作為傳統中藥用於治療哮喘、腫瘤及炎症系統疾病。臺中鼠李的主要成分3-O-methylquercetin（6）對於豚鼠肺部和心臟上的PDE3具有一定程度的抑制作用，IC50為（1.60±0.75）μmol/L。PDE3天然抑制劑結構見圖3。
部，作為傳統中藥用於治療哮喘、腫瘤及炎症系統疾病。臺中鼠李的主要成分3-O-methylquercetin（6）對於豚鼠肺部和心臟上的PDE3具有一定程度的抑制作用，IC50為（1.60±0.75）μmol/L[22]。PDE3天然抑制劑結構見圖3。
4 PDE4及其天然抑制劑
PDE4對細胞內cAMP濃度及其下遊信號傳導具有重要的調控作用，其4個亞型（PDE4A、PDE4B、PDE4C、PDE4D）在中樞神經系統中的分布濃度不同，也提示其具有獨特的生理活性。PDE4主要分布在各種炎症細胞內，其抑制劑研究多集中於哮喘、關節炎、COPD以及自身免疫性疾病等方面[23]。PDE4抑制劑阿普斯特可抑制腫瘤壞死因子-α（TNF-α）、白細胞介素-23（IL-23）和其他多種促炎介質的生成，從而達到抗炎作用。多項臨床試驗證實，該藥對中、重度斑塊狀銀屑病患者的療效非常顯著，已被美國食品藥品監督管理局批准用於治療成人活動性銀屑病關節炎。近年來，PDE4對於中樞神經系統相關疾病的調節功能也逐漸受到關注。研究發現，PDE4與抑鬱、認知功能障礙、神經損傷等疾病的發病進程密切相關。目前臨床上的一些PDE4抑制劑大多具有一定程度的副作用，如噁心、嘔吐等胃腸道反應，甚至抑鬱。因此，從天然產物中尋找具有PDE4抑制作用的活性成分具有重要的意義。
天然產物中具有PDE4抑制作用的結構類型十分豐富。中山大學羅海彬教授團隊以PDE4為靶標，對一系列天然藥用植物進行化學成分研究。芸香科植物飛龍掌血Toddalia asiatica (L.) Lam. 中的活性成分taddalin B（7）、toddacoumalone（8）、norbraylin（9）對PDE4具有抑制作用，其IC50均低於10 μmol/L。其中，toddacoumalone活性最為顯著（IC50＝0.14 μmol/L）。從庫拉索蘆薈Aloe vera (L.) Burm. f.中分離得到的一組順反異構體elgonicai-dimer A（10a）和elgonicai-dimer B（10b），IC50分別為9.25、4.42 μmol/L；從豆科植物假地藍Crotalaria ferruginea Grah. ex Benth. 中分離得到的大豆異黃酮（11a，IC50＝2.57 μmol/L）、4′-羥基-2′-甲氧基異黃酮（11b，IC50＝4.59 μmol/L）、6,7,4′-三羥基異黃酮（12，IC50＝8.94μmol/L）和黃體酮（13，IC50＝8.74 μmol/L），顯示了良好的PDE4抑制作用。從肉芝軟珊瑚Sarcophyton ehrenbergi von Marenzeller中分離得到的前列腺素類天然產物sarcoehrendin B（14）、sarcoehrendinJ（15），IC50值均低於10 μmol/L；從卷柏科植物墊狀卷柏Selaginella pulvinata (Hook. et Grev.) Maxim. 中分離得到4種新型結構，命名為selaginpulvilin A～D（16a～16d），具有顯著的PDE4抑制活性，IC50在0.11～5.13 μmol/L。
連翹Forsythia suspensa (Thunb.) Vahl是木犀科連翹屬植物的乾燥果實，具有清熱解毒、消腫散結之功效，臨床上用於治療丹毒、癰疽、風熱感冒、溫病初起等症，素有「瘡家聖藥」之稱。連翹木脂素類活性化合物連翹苷（17）具有PDE4抑制活性（IC50＝8 μmol/L）。桑Morus alba L. 的乾燥根皮作為傳統平喘類中藥廣泛應用於臨床中。研究表明其黃酮類成分R-環桑色烯（18）、S-環桑色烯（19）、14-methoxy-dihydromorusin（20）、cyclcommumnol（21）、cyclomulberrin（22）、morunigrol A（23）、sanggenonel J（24）、kuwanon C（25）、cudraflavoneC（26）對PDE4D2的IC50為 0.005 4～0.40 μmol/L，與咯利普蘭（IC50＝0.62 μmol/L）比較顯示了較強的PDE4D2抑制作用。桑中的苯駢呋喃類成分桑辛素M（27）具有顯著的抑制PDE4D2、PDE4B2作用，IC50分別為2.9、4.5 μmol/L。藤黃科藤黃屬山竹Garcinia mangostana L. 具有清熱生津、止咳止嘔的功效。從中分離得到的α-倒捻子素（28）具有顯著的PDE4D2抑制作用（IC50＝0.62 μmol/L）。PDE4天然抑制劑結構見圖4。
近來，還有大量關於中藥粗提取物對PDE4抑制作用的研究報導。姜代勳等對22味扶正固本類中藥進行PDE4抑制活性篩選，結果顯示在質量濃度為1 g/mL時，13味中藥提取物對PDE4顯示了抑制活性，其中白芍提取物的抑制率為97.42%。在11味祛風除溼類中藥中，青風藤的PDE4抑制率最高，為64.29%。本課題組研究了銀杏葉等10種常用平喘藥提取物對PDE4的抑制作用，結果顯示桑白皮MoriCortex、款冬花Farfarae Flos、枇杷葉Eriobotryae Folium和馬兜鈴Aristolochiae Fructus的粗提物對PDE4D2的抑制作用最為顯著。馬鞭科紫珠屬植物具有散瘀止血、清熱消腫的功效。現代藥理學研究表明，該屬植物可抗炎、抗菌、止血、護肝，以及對神經系統具有一定程度的保護作用。研究發現，14種紫珠屬植物醇提取物在質量濃度為0.2 g/L時，對PDE4D2的抑制率均在80%以上，其中大葉紫珠Callicarpa macrophylla Vahl的抑制率為98.63%，提示可進一步對這些中藥進行分離，確定其活性物質結構，從中尋找新型PDE4抑制劑。
由此可以看出，天然抑制劑在針對PDE4靶點的抑制作用方面有很大的優勢，值得科研工作者開展更深入的研究。
5 PDE5及其天然抑制劑
PDE5在陰莖海綿體和血管平滑肌細胞中特異性高度表達，同時也在肺、胰腺、血小板、骨骼肌和心肌細胞中分布。研究表明，PDE5抑制劑在增強一線抗腫瘤藥物殺傷腫瘤細胞方面效果顯著，是潛在的化療藥物。與此同時，PDE5抑制劑還具有神經保護作用，可以修復腦卒中後的神經血管、抗氧化、改善認知功能障礙等。目前市場上應用的PDE5抑制劑有西地那非、伐地那非、他達那非等，在治療男性勃起功能障礙方面具有不錯的治療效果。西地那非對PDE5具有高度選擇性，但仍存在對其他PDE的交叉抑制作用，部分患者在服用該藥後，會出現頭痛、面部潮紅、鼻塞等不良反應。因此，研究PDE5天然抑制劑具有一定的價值。小檗科植物淫羊藿Epimedium brevicornuMaxim. 具有補腎壯陽、祛風除溼的功效，在傳統醫學上用於治療陽痿早洩、腰酸腿痛、神經衰弱、耳暈目眩等症。從中分離出的單體成分淫羊藿苷（29，圖5）具有保護心血管系統、調節免疫、抗癌、抗骨質疏鬆和改善性功能紊亂等多種重要的生物活性，作為治療男性性功能障礙藥物的先導化合物，其對PDE5的IC50值為5.9 μmol/L。辛鍾成等研究了淫羊藿苷對家兔陰莖平滑肌的鬆弛作用，作用機制可能與影響NO-cAMP通路活性有關。
6 PDE7及其天然抑制劑
PDE7有PDE7A、PDE7B 2種亞型，主要分布在腦、胰腺、胸腺、淋巴細胞和巨噬細胞。研究表明，PDE7抑制劑在治療動脈粥樣硬化及COPD等免疫炎症類疾病方面具有重要意義。PDE7的生物學功能與PDE4類似，其抑制劑治療炎症系統疾病的療效優於PDE4抑制劑，且副作用更小，因此PDE7可能成為新型抗炎藥物的潛在靶點。PDE7特異性抑制劑苯基-2-硫-1(1H)-喹唑啉-4-酮對PDE7的IC50為5.5 μmol/L。付源等從玄參科植物胡黃連Picrorhiza scrophulariiflora Pennell. 和菊科植物牛蒡子Fructus Arctii L. 中分離得到的4種單體成分胡黃連苷II（30）、β-谷甾醇（31）、牛蒡子苷（32）和綠原酸（33），研究了其對PDE7A2的抑制作用。結果顯示，在濃度為50 μmol/L時，胡黃連苷II和β-谷甾醇對PDE7A2的最高抑制率接近100%，IC50低於1 μmol/L，而牛蒡子苷和綠原酸對PDE7A2的最高抑制率為88.27%和68.52%，IC50接近5 μmol/L。以此為基礎，有望開發出以這些中藥單體成分為主的選擇性PDE7抑制劑。PDE7天然抑制劑結構見圖6。
7 其他PDE家族的天然抑制劑
目前對於PDE6、PDE8、PDE11家族的研究尚不深入，關於天然抑制劑方面的相關報導也較少，在此不做深入闡述。PDE6對cGMP具有特異性，廣泛分布於視網膜杆狀光感受器細胞中，在治療遺傳性色盲、視網膜色素變性等疾病方面具有重要作用。PDE8是cAMP特異性水解酶，在T細胞活化、睪酮的分泌、腎上腺皮質增生、甲狀腺功能方面發揮了重要作用。
PDE9隻有PDE9A 1種亞型，可高特異性地水解cGMP。其抑制劑用於治療外周和中樞神經系統失調、泌尿系統疾病、癌症、心血管疾病以及肥胖症。從紅豆杉科雲南榧樹Torreya yunnanensis Cheng et L. K. Fu中分離得到4對旋光異構體(±)-torreyunliganA～H（34～41），針對PDE9A靶標的活性測試結果顯示，這些化合物的IC50均在5.6～15.0 μmol/L，與陽性對照BAY73-6691（IC50＝49.7nmol/L）相比顯示了中等強度的抑制作用。
PDE10是一種雙重特異性磷酸二酯酶，其抑制劑對精神分裂症具有很好的治療作用。芍藥苷（42）來源於芍藥科，是一種鎮痛鎮靜、解熱解痙的重要成分。該成分可以通過調控不同底物分解酶的表達，影響2種核苷酸的含量，從而明顯上調PDE10A蛋白的表達。PDE11可能與睪丸和腎上腺素的發生存在一定關係，目前尚無特異性抑制劑。其他PDE家族的天然抑制劑結構見圖7。
8 結語
本文綜述了對PDEs各個亞型具有抑制作用的天然產物。PDEs是一個龐大的酶家族，其各個亞型在不同細胞中均有不同程度的表達，是治療一些複雜疾病的重要靶標。科研工作者通過對天然產物中作用於PDEs各個亞型的有效成分進行分離，發現了一系列結構新穎、活性優良的天然成分，為PDEs選擇性抑制劑的研發提供先導化合物。
目前針對PDE4靶標的天然抑制劑報導最多，其他家族的研究相對較少。但由於這些化合物調控機體生理活動的作用機制仍不明確，部分化合物僅進行了簡單的體外活性篩選，並未深入進行體內藥理效應和毒性反應研究。未來需要將體內、體外活性測試相結合，進行全面、客觀的活性評價。在篩選藥材選擇方面，可充分利用中藥及天然藥物的臨床經驗，以提高篩選的命中率，如針對PDE4抑制劑篩選，可選擇一些清熱解毒或止咳平喘類中藥，同時，應加大針對靶標有效成分的研究力度，不能局限於粗提物活性研究層面，應充分利用現代分離手段結合活性跟蹤分離法，更加高效的明確藥效物質。此外，雖然天然產物結構多樣，但其活性、藥動學、理化性質以及安全性等方面並未滿足成藥性要求，可選擇部分活性好的化合物進行結構修飾和構效關係研究，為天然的PDEs抑制劑藥物研發提供有力的支撐。
參考文獻（略）
來源：雷玉,梁津豪,羅海彬,何細新.磷酸二酯酶天然抑制劑的研究進展[J].中草藥,2018,49(19):4694-4701