环氧化酶-2选择性抑制剂研究进展
作者：赵丽琴1 张守芳
单位：沈阳药科大学有机合成研究室，沈阳 110015
关键词：环氧化酶；环氧化酶-1；环氧化酶-2；环氧化酶-2选择性抑制剂
摘 要 本世纪90年代初发现环氧化酶摘 要 本世纪90年代初发现环氧化酶(COX)存在两种不同亚型：环氧化酶-1(COX-1)和环氧化酶-2(COX-2).对COX-1和COX-2的抑制，分别构成传统非甾体抗炎药(NSAIDs)不良胃肠反应和有效治疗作用的基础.开发COX-2选择性抑制剂成为NSAIDs发展的热点和前沿.笔者就近年来国外COX-2抑制剂的研究进展作一报道.
非甾体抗炎药(NSAIDs)是一类具有重要应用价值的抗炎镇痛药物，临床上广泛用于急慢性炎症及疼痛的治疗.但由于长期使用NSAIDs易引起胃肠系统及肾脏等组织的不良反应，寻找高效低毒的NSAIDs一直是药物学家致力研究的课题.近几年发展起来的COX-2选择性抑制剂较传统NSAIDs有效地降低了胃肠道毒副作用，是一类新型的NSAIDs.
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1 环氧化酶研究简介
1.1 环氧化酶和非甾体抗炎药
炎症是机体对各种炎性刺激引起组织损害而产生的一种基本病理过程，也是一种常见病、多发病.炎症反应为多种炎症介质所介导，目前发现的炎症介质主要有组胺、5-羟色胺等生物胺类、激肽和炎症蛋白酶类、补体系统、溶酶体酶、细胞因子以及前列腺素、白三烯等类脂质介质，其中，对前列腺素研究较多.
对于炎症的治疗，早期人们多使用糖皮质激素类抗炎药物(SAIDs)，这类药物能有效控制感染性炎症和非感染性炎症，有效消除炎症造成的功能性障碍，但长期使用发现该类药物易引起肾上腺皮质功能衰退等并发症.1952年保泰松用于临床，国际上首次提出NSAIDs这一概念，以与SAIDs相区别.在其后的二三十年间涌现出一大批具有优良抗炎镇痛作用的NSAIDs，如目前仍在临床上广泛应用的吲哚美辛、布洛芬等，该类药物在世界医药产量中一直居领先地位.然而，长期应用NSAIDs会引起胃肠道特别是胃粘膜的损害，表现为点状出血、弥漫性浅表粘膜糜烂、局部深溃疡、大出血甚至穿孔，而且，严重的是有相当一部分患者对此毒副作用初期无自觉症状，因而被视为临床上最频繁也最严重的药物副作用之一.据统计，目前近25%的NSAIDs治疗者会发生胃溃疡；在美国，每年大约有10万多人因此而住进医院，其中12%～15%因该副作用而死亡.
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长期以来，人们对NSAIDs抗炎及不良反应机制进行了广泛研究.1964年，J.R.Vane等人发现阿司匹林具有阻断内源性前列腺素(PGs)合成酶的作用，在此基础上Vane于1971年指出〔1〕NSAIDs主要是通过抑制COX进而阻断PGs生合成过程来实现其抗炎作用的.这一划时代理论的提出，极大地推进了NSAIDs的发展进程.作为一类重要的炎症介质，PGs在炎症过程中起诸多方面作用，如扩张血管，增加毛细血管壁的通透性，增强组胺及缓激肽类物质引起的疼痛和肿胀等，因此，对PGs生成和作用的有效抑制，可以有效地抑制炎症.但在同时，正常组织中PGs的分泌对于维持细胞内环境的稳定以及维持细胞正常生理功能又是必需的.在胃中，正常量的PGs具有增强胃粘膜防御因子的作用，如PGE2可降低胃酸分泌，提高胃粘膜及碳酸氢盐分泌，增加粘膜血流量，增强胃粘膜上皮细胞毁损的修复.当NSAIDs抑制了该种具粘膜细胞保护作用的PGs的生成，便破坏了细胞正常所处环境，最终导致胃粘膜损伤；其次，NSAIDs对PGs非特异性抑制，造成胃粘膜表面的保护细胞免受盐酸及其它水溶性刺激物损害的磷脂层减少，抗侵蚀能力降低，也是NSAIDs所致胃粘膜损伤的一个因素.
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1.2 环氧化酶-1和环氧化酶-2
J.R.Vane关于炎症与PGs关系理论的提出，促进了药理学家对COX进行深入研究.1976年，具催化活性的COX首次被分离得到.COX是一种膜结合的分子量为71ku的糖蛋白，催化花生四烯酸(AA)氧化为PGG2，再从PGG2还原为PGH2，最终生成一系列PGs.1994年，Picot等〔2〕用X-射线衍射测出COX的三维结构，证实了COX在细胞膜内分布的单向性.COX结构由三个彼此独立的折叠单位构成：N端类似于生长因子的表面区域、膜结合区和C端酶活性区.由于COX活性位点是一个狭长的疏水性通道，Picot认为某些NSAIDs(如苯氟布洛芬，flurbiprofen)便是通过将AA从通道上段排出而抑制COX活性的.
长期以来，人们普遍认为COX只存在单一形式.1990年，Needleman实验室研究人员发现，人体单核细胞和大鼠巨噬细胞中的细菌样内毒素大大增强了COX的活性，他们推测这种增强作用与一种新的COX蛋白质的合成有关〔3〕.1991年，Xie等〔4〕分离得到这种新的COX蛋白酶，标记为COX-2，并证实了它是不同于COX-1基因结构的一种诱导性酶.
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COX-1是在正常组织中的一种表达，是正常细胞的组成蛋白.尽管在一些激素或生长因子的激发下，COX-1水平可提高2～4倍，但在一般情况下均保持稳定.COX-1催化生成的PGs对维持组织细胞内环境稳定，维持胃肠道内环境平衡具有重要作用.
COX-2是酶的诱导形式，主要在炎症细胞如组织损伤后的内皮细胞、巨噬细胞、滑液纤维细胞、树状细胞、软骨细胞及成骨细胞中表达，与COX-1对AA或NSAIDs有相似的活性结合部位.COX-2在炎症组织中可被多种因子所诱导，其水平将以8～10倍的速度急剧增涨，引起炎症部位的PGE2，PGI2和PGE1的含量增加，促进了炎症反应和组织损伤.
COX-2的发现为NSAIDs的研究开辟了一个新方向.1994年，J.R. Vane〔5〕指出，NSAIDs对炎症的有效治疗作用源于其对COX-2的抑制，而不良反应归于对COX-1的抑制.因此，选择性抑制COX-2就可能有效地治疗炎症.同时避免或减轻由于抑制维持人体正常生理功能所必需的COX-1而导致的毒副作用.1995年，Grossman〔6〕利用酶免疫测定法确定了不同NSAIDs对COX抑制活性及选择性.研究证明，药物对COX-2抑制的选择性越强，诱发胃溃疡的副作用越弱，呈良好的线性关系〔7〕；而阿司匹林和吲哚美辛等一些引起较严重胃溃疡的药物，对COX-2抑制作用较弱，相反，对COX-1抑制作用很强.因此，90年代以来，寻找COX-2选择性抑制剂已成为NSAIDs研究的热点和前沿.
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2 环氧化酶-2选择性抑制剂
2.1 不同结构类型的环氧化酶-2选择性抑制剂
近几年，国外一些大的制药公司，如美国的Searle和Merck、瑞士的Ciba-Geigy和Roche、日本的Taisho，Tabacco和Fujisawa以及英国的Glaxo Wellcome等都在积极进行开发COX-2选择性抑制剂的研究，且已发现了一些有药用前途的化学实体.目前，正在开发研究的COX-2选择性抑制剂从化学结构上可分为二苯基取代芳环类、甲磺酰苯胺类、二叔丁基取代苯酚类等几大类.这里，将一些研究较深入的COX-2选择性抑制剂报道如下.
2.1.1 二苯基取代芳环类
二苯基取代芳环类化合物是研究比较多的一类COX-2选择性抑制剂，该类化合物的结构特征是邻-二苯基取代苯环、杂环以及不饱和脂肪环，其中一个苯环上对位具有甲磺酰基或氨磺酰基是分子呈现COX-2高选择性抑制作用的必需药效结构，当以氨磺酰基取代甲磺酰基时，尽管化合物分子体外选择性有所降低，但体内活性显著提高.
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DuP-697：由DuPont公司合成，早期研究发现，本品对不同组织中PGs抑制活性存在较大差异〔8〕.COX选择性测试证实本品对COX-2具有较高选择性(COX-2：Ki=0.3 μmol·L-1，COX-1；Ki=5.3 μmol·L-1)〔9〕，从而解释了其组织专属性特征.动物试验结果显示，化合物DuP-697为一强效抗炎剂，其抑制大鼠佐剂关节炎和足趾肿胀的ED50分别为0.18 mg·kg-1和0.03 mg·kg-1.一次给予大鼠本品400 mg·kg-1，未引起任何胃损伤，表明本品具有较好胃肠道耐受性〔8〕.
SC-58125：作为Searle公司开发COX-2选择性抑制剂的一个“模板”化合物，本品对多种慢性炎症均呈现出强的口服活性，如抑制大鼠佐剂关节炎的ED50为0.4 mg·kg-1，而且胃肠道毒副作用小于传统NSAIDs〔10〕.体外选择性测试结果显示，SC-58125抑制白介素-1(IL-1)诱导的成纤维细胞中COX-2和血小板中COX-1的IC50分别为0.07 μmol·L-1和100 μmol·L-1，COX-2/COX-1选择系数大于1400倍〔11〕，为一COX-2高选择性抑制剂.
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SC-58635(YM-177，Celecoxib)：SC-236是Searle公司早期合成的一个1，5-二芳基吡唑类COX-2抑制剂，但由于其半衰期过长，毒性太大而被淘汰.为了改善SC-236药动学方面的不足，Searle公司对1，5-二芳基吡唑类化合物进行了广泛的构效关系考察，SC-58635就是在这种情况下开发出来的一个高效COX-2选择性抑制剂(COX-2：IC50=0.040 μmol·L-1，COX-1：IC50=15.0 μmol·L-1)〔12〕.动物试验研究表明，本品具有与吲哚美辛等常规NSAIDs相当的抗炎活性，而胃肠不良反应发生率很低.临床试验得到相似结果：患类风湿性关节炎(RA)或骨关节炎(OA)病人服用本品2或4周，两种病情均有明显改善；给予128例健康志愿者本品100 mg或200 mg，一日2次，一周后检查结果显示服用本品未发生胃肠道出血现象，而萘普生发生率近20%〔13〕.目前本品已被美国FDA批准上市.
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2.1.2 甲磺酰苯胺类
初步构效关系研究结果表明，在该类化合物中，甲磺酰苯胺及对位吸电基团取代构成本类化合物分子选择性抑制COX-2作用的结构基础；此外，二环之间只有氧和硫原子连接显示出最大活性.
NS-398：由Taisho药业公司开发，据Futaki等人报告，大鼠口服本品0.3～5 mg·kg-1产生的抗炎镇痛活性与吲哚美辛相当，而一次口服100 mg·kg-1不会引起明显的胃肠损伤〔14〕.本品抑制小鼠重组COX-1和COX-2的IC50分别为0.03 μmol·L-1和大于100 μmol·L-1〔15〕，因此也是一个强的COX-2选择性抑制剂.将其结构与已在多国上市的尼美舒利(nemesulide)进行比较，可以看出二者结构上的相似性，然而体外试验中尼美舒利表现出非选择性的特点.构效关系研究表明NS-398分子中的环己烷基决定了该分子对COX-2的高度亲和性，而尼美舒利中的苯环使得其分子能够同时接近两种COX的活性区〔16〕.目前该化合物在Ⅰ期临床中.
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CGP 28238：由Ciba-Geigy公司开发的一个COX-2选择性抑制剂，具强抗炎镇痛和解热活性〔17〕.酶选择性测试结果显示，本品抑制IL-1诱导的大鼠肾小球细胞膜中COX-2和人血小板中COX-1的IC50分别为0.015 μmol·L-1和72.3 μmol·L-1；抑制由LTS诱导的人单核细胞中COX-2和TPA处理的HEL细胞中COX-1的IC50为0.038 μmol·L-1和大于10 μmol·L-1，两种模型结果相似〔18〕.目前该化合物正在进行临床前研究.
L-745337：本品为CGP 28238的硫醚类似物，临床前研究结果显示：具有与吲哚美辛相当或高的抗炎镇痛解热活性且耐受性良好.L-745337抑制人骨肉瘤细胞(COX-2)和U937细胞(COX-1)中PGE2生成的IC50分别为0.023 μmol·L-1和大于10 μmol·L-1〔19〕.据Li等人报告，较CGP 28238，L-745337的药动学特征和胃肠道耐受性更优，这是因为L-745337结构中的硫原子取代了CGP 28238结构中的氧原子，一方面改变了分子的物化特性，另一方面改变了分子的酸碱性和空间环境，而这些因素在很大程度上决定着化合物的作用特点〔20〕.目前该化合物正在进行Ⅰ期临床试验.
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2.1.3 二叔丁基取代苯酚类
该类化合物相对研究较少，除报道较多的BF 389外，Warner-Lambert公司的PD-138387和PD-164387也在早期研究中.二叔丁基取代苯酚为本类化合物分子的共同结构.
BF 389：由Biofer公司开发，为一强效低毒副作用抗炎剂，这是由其较高组织水平及较低血浆浓度的药动学特征所决定的〔21〕.本品具有一定的COX-2选择性，如抑制牛主动脉上皮细胞中COX-1和内毒素诱导的巨噬细胞中COX-2的IC50值分别为0.03 μmol·L-1和0.15 μmol·L-1，COX-2/COX-1抑制活性比为5〔22〕.另据报道，BF 389还是一个5-LOX抑制剂〔23〕.目前本品在Ⅰ期临床试验中.2.1.4 其它类
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meloxicam(mobic)：本品为一烯醇酸NSAIDs.据报道，该品具有一定COX-2选择性，其中抑制豚鼠腹腔巨噬细胞中COX-2/COX-1活性比值约为3〔24〕.临床试验显示，本品的疗效与常规NSAIDs(如萘普生和炎痛昔康)相当，而安全性优于后者，适用于RA和OA的治疗〔25〕.本品于1996年首次在南非上市，现已在多国上市.
另外，对已上市NSAIDs的酶选择性研究中发现，Smithkline Beecham公司的萘丁美酮(nabumetone,Relafen)和Wyeth-Ayerst公司的依托度酸(etodolac,Lodine)也具有一定COX-2选择性，二者IC50(COX-1)/IC50(COX-2)值分别为7〔18〕和11〔26〕，被认为是两种“优先”COX-2抑制剂.
2.2 环氧化酶-2选择性作用的结构基础
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1996年，Kurumbail等人〔27〕在对小鼠COX-2与不同NSAIDs所形成复合物三维结构分析的基础上指出，COX-2选择性抑制剂SC-558(hCOX-1：IC50=17.7 μmol·L-1，hCOX-2：IC50=0.0092 μmol·L-1)结构中的苯磺酰胺部分是分子呈现COX-2高选择性抑制作用的主要因素，这是由COX-2不同于COX-1的蛋白结构所决定的：1)在COX-2中，523位缬氨酸取代了COX-1中的异亮氨酸，加之355位酪氨酸构型支持，从而形成一个由亮氨酸352、丝氨酸353、酪氨酸355、苯丙氨酸518和缬氨酸523组成的疏水性空穴，该穴同时由于352位亮氨酸向355位酪氨酸发生0.7?的位移得到放大，因而足以来容纳SC-558中的苯磺酰胺部分.在COX-1中，尽管也有与COX-2相似的空穴，但523位相对大体积的异亮氨酸的的空间位阻阻碍了苯磺酰胺的进入.2)在COX-2中，434位缬氨酸取代COX-1中的异亮氨酸也为苯磺酰胺进入新的空穴提供了条件.这是因为缬氨酸侧链部分体积较小，这样有足够的空间摆动而打开该残基与518位苯丙氨酸所形成的通向COX-2表面相对极性区的“分子门”，从而允许氨磺酰基越过疏水带伸展进入该极性区，与附近氨基酸发生氢键作用.3)COX-2中513位精氨酸取代COX-1中的组氨酸是决定SC-558与COX-2特异性结合的第三个因素，这是由于在COX-1中组氨酸结构中的咪唑环不足以伸展而与氨磺酰基发生直接作用.4)COX-1中120位精氨酸结构中的碱性胍基稳定了传统NSAIDs分子中的羧基，SC-558结构中没有羧基是其除苯磺酰胺外对COX-2呈现专属性的第二个结构因素，当在SC-558吡唑环上引入酸性基团以期提高化合物对COX-2的活性时，结果活性稍微提高的同时，选择性却大大降低了.
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不难看出，COX-2与COX-1结构上的根本差异就在于COX-2中较大的NSAIDs结合点，从而通过相对大分子底物的占据，增强亲和力，实现底物对COX-2的专属性抑制作用，这一结论已经成为药物学家开发COX-2选择性抑制剂的设计依据〔28〕.
3 不可逆环氧化酶-2选择性抑制剂
实验已知，阿司匹林是目前唯一的一个COX不可逆抑
制剂.1998年，Marnett实验室〔29〕报道了一类新的阿司匹林类似物，其中以APHS为代表.该类化合物具有与阿司匹林相似的不可逆作用方式，即乙酰化COX蛋白结构中的丝氨酸而使COX永久失活.不同于阿司匹林的是该类化合物对COX-2表现出较高的亲和作用，如APHS抑制COX-2活性和选择性分别是阿司匹林的60倍和100倍.这类化合物的上述作用特点是由其分子中乙酰基和含硫基团两部分结构共同决定的.尽管该类化合物较前面综述的可逆性COX-2抑制剂对COX-2选择性仍有较大差距(APHS抑制牛COX-1及人COX-2的IC50比值为21)，但其较后者更加彻底的作用方式为人们提出了一种新的概念和思路.该类化合物被称为“新一代”COX-2选择性抑制剂的“先锋”〔30〕.
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4 结语
NSAIDs是临床应用非常广泛的一类药物，不足之处是胃肠毒性太大.COX-2选择性抑制剂将药理活性与不良作用有效分离，从而在很大程度上避免了传统NSAIDs所带来的胃肠道并发症状，因此是NSAIDs研究的一大进展.阿司匹林样化合物通过不可逆乙酰化作用使COX-2永久失活，因而作用更加高效而彻底.预期高活性且高选择性的COX-2不可逆抑制剂将是未来短期内新型COX-2选择性抑制剂研究的一个主要方向.
参 考 文 献
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收稿日期:1999-01-05, 百拇医药(赵丽琴1 张守芳)
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关键词：环氧化酶；环氧化酶-1；环氧化酶-2；环氧化酶-2选择性抑制剂
摘 要 本世纪90年代初发现环氧化酶摘 要 本世纪90年代初发现环氧化酶(COX)存在两种不同亚型：环氧化酶-1(COX-1)和环氧化酶-2(COX-2).对COX-1和COX-2的抑制，分别构成传统非甾体抗炎药(NSAIDs)不良胃肠反应和有效治疗作用的基础.开发COX-2选择性抑制剂成为NSAIDs发展的热点和前沿.笔者就近年来国外COX-2抑制剂的研究进展作一报道.
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炎症是机体对各种炎性刺激引起组织损害而产生的一种基本病理过程，也是一种常见病、多发病.炎症反应为多种炎症介质所介导，目前发现的炎症介质主要有组胺、5-羟色胺等生物胺类、激肽和炎症蛋白酶类、补体系统、溶酶体酶、细胞因子以及前列腺素、白三烯等类脂质介质，其中，对前列腺素研究较多.
对于炎症的治疗，早期人们多使用糖皮质激素类抗炎药物(SAIDs)，这类药物能有效控制感染性炎症和非感染性炎症，有效消除炎症造成的功能性障碍，但长期使用发现该类药物易引起肾上腺皮质功能衰退等并发症.1952年保泰松用于临床，国际上首次提出NSAIDs这一概念，以与SAIDs相区别.在其后的二三十年间涌现出一大批具有优良抗炎镇痛作用的NSAIDs，如目前仍在临床上广泛应用的吲哚美辛、布洛芬等，该类药物在世界医药产量中一直居领先地位.然而，长期应用NSAIDs会引起胃肠道特别是胃粘膜的损害，表现为点状出血、弥漫性浅表粘膜糜烂、局部深溃疡、大出血甚至穿孔，而且，严重的是有相当一部分患者对此毒副作用初期无自觉症状，因而被视为临床上最频繁也最严重的药物副作用之一.据统计，目前近25%的NSAIDs治疗者会发生胃溃疡；在美国，每年大约有10万多人因此而住进医院，其中12%～15%因该副作用而死亡.
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长期以来，人们对NSAIDs抗炎及不良反应机制进行了广泛研究.1964年，J.R.Vane等人发现阿司匹林具有阻断内源性前列腺素(PGs)合成酶的作用，在此基础上Vane于1971年指出〔1〕NSAIDs主要是通过抑制COX进而阻断PGs生合成过程来实现其抗炎作用的.这一划时代理论的提出，极大地推进了NSAIDs的发展进程.作为一类重要的炎症介质，PGs在炎症过程中起诸多方面作用，如扩张血管，增加毛细血管壁的通透性，增强组胺及缓激肽类物质引起的疼痛和肿胀等，因此，对PGs生成和作用的有效抑制，可以有效地抑制炎症.但在同时，正常组织中PGs的分泌对于维持细胞内环境的稳定以及维持细胞正常生理功能又是必需的.在胃中，正常量的PGs具有增强胃粘膜防御因子的作用，如PGE2可降低胃酸分泌，提高胃粘膜及碳酸氢盐分泌，增加粘膜血流量，增强胃粘膜上皮细胞毁损的修复.当NSAIDs抑制了该种具粘膜细胞保护作用的PGs的生成，便破坏了细胞正常所处环境，最终导致胃粘膜损伤；其次，NSAIDs对PGs非特异性抑制，造成胃粘膜表面的保护细胞免受盐酸及其它水溶性刺激物损害的磷脂层减少，抗侵蚀能力降低，也是NSAIDs所致胃粘膜损伤的一个因素.
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1.2 环氧化酶-1和环氧化酶-2
J.R.Vane关于炎症与PGs关系理论的提出，促进了药理学家对COX进行深入研究.1976年，具催化活性的COX首次被分离得到.COX是一种膜结合的分子量为71ku的糖蛋白，催化花生四烯酸(AA)氧化为PGG2，再从PGG2还原为PGH2，最终生成一系列PGs.1994年，Picot等〔2〕用X-射线衍射测出COX的三维结构，证实了COX在细胞膜内分布的单向性.COX结构由三个彼此独立的折叠单位构成：N端类似于生长因子的表面区域、膜结合区和C端酶活性区.由于COX活性位点是一个狭长的疏水性通道，Picot认为某些NSAIDs(如苯氟布洛芬，flurbiprofen)便是通过将AA从通道上段排出而抑制COX活性的.
长期以来，人们普遍认为COX只存在单一形式.1990年，Needleman实验室研究人员发现，人体单核细胞和大鼠巨噬细胞中的细菌样内毒素大大增强了COX的活性，他们推测这种增强作用与一种新的COX蛋白质的合成有关〔3〕.1991年，Xie等〔4〕分离得到这种新的COX蛋白酶，标记为COX-2，并证实了它是不同于COX-1基因结构的一种诱导性酶.
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COX-1是在正常组织中的一种表达，是正常细胞的组成蛋白.尽管在一些激素或生长因子的激发下，COX-1水平可提高2～4倍，但在一般情况下均保持稳定.COX-1催化生成的PGs对维持组织细胞内环境稳定，维持胃肠道内环境平衡具有重要作用.
COX-2是酶的诱导形式，主要在炎症细胞如组织损伤后的内皮细胞、巨噬细胞、滑液纤维细胞、树状细胞、软骨细胞及成骨细胞中表达，与COX-1对AA或NSAIDs有相似的活性结合部位.COX-2在炎症组织中可被多种因子所诱导，其水平将以8～10倍的速度急剧增涨，引起炎症部位的PGE2，PGI2和PGE1的含量增加，促进了炎症反应和组织损伤.
COX-2的发现为NSAIDs的研究开辟了一个新方向.1994年，J.R. Vane〔5〕指出，NSAIDs对炎症的有效治疗作用源于其对COX-2的抑制，而不良反应归于对COX-1的抑制.因此，选择性抑制COX-2就可能有效地治疗炎症.同时避免或减轻由于抑制维持人体正常生理功能所必需的COX-1而导致的毒副作用.1995年，Grossman〔6〕利用酶免疫测定法确定了不同NSAIDs对COX抑制活性及选择性.研究证明，药物对COX-2抑制的选择性越强，诱发胃溃疡的副作用越弱，呈良好的线性关系〔7〕；而阿司匹林和吲哚美辛等一些引起较严重胃溃疡的药物，对COX-2抑制作用较弱，相反，对COX-1抑制作用很强.因此，90年代以来，寻找COX-2选择性抑制剂已成为NSAIDs研究的热点和前沿.
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2 环氧化酶-2选择性抑制剂
2.1 不同结构类型的环氧化酶-2选择性抑制剂
近几年，国外一些大的制药公司，如美国的Searle和Merck、瑞士的Ciba-Geigy和Roche、日本的Taisho，Tabacco和Fujisawa以及英国的Glaxo Wellcome等都在积极进行开发COX-2选择性抑制剂的研究，且已发现了一些有药用前途的化学实体.目前，正在开发研究的COX-2选择性抑制剂从化学结构上可分为二苯基取代芳环类、甲磺酰苯胺类、二叔丁基取代苯酚类等几大类.这里，将一些研究较深入的COX-2选择性抑制剂报道如下.
2.1.1 二苯基取代芳环类
二苯基取代芳环类化合物是研究比较多的一类COX-2选择性抑制剂，该类化合物的结构特征是邻-二苯基取代苯环、杂环以及不饱和脂肪环，其中一个苯环上对位具有甲磺酰基或氨磺酰基是分子呈现COX-2高选择性抑制作用的必需药效结构，当以氨磺酰基取代甲磺酰基时，尽管化合物分子体外选择性有所降低，但体内活性显著提高.
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DuP-697：由DuPont公司合成，早期研究发现，本品对不同组织中PGs抑制活性存在较大差异〔8〕.COX选择性测试证实本品对COX-2具有较高选择性(COX-2：Ki=0.3 μmol·L-1，COX-1；Ki=5.3 μmol·L-1)〔9〕，从而解释了其组织专属性特征.动物试验结果显示，化合物DuP-697为一强效抗炎剂，其抑制大鼠佐剂关节炎和足趾肿胀的ED50分别为0.18 mg·kg-1和0.03 mg·kg-1.一次给予大鼠本品400 mg·kg-1，未引起任何胃损伤，表明本品具有较好胃肠道耐受性〔8〕.
SC-58125：作为Searle公司开发COX-2选择性抑制剂的一个“模板”化合物，本品对多种慢性炎症均呈现出强的口服活性，如抑制大鼠佐剂关节炎的ED50为0.4 mg·kg-1，而且胃肠道毒副作用小于传统NSAIDs〔10〕.体外选择性测试结果显示，SC-58125抑制白介素-1(IL-1)诱导的成纤维细胞中COX-2和血小板中COX-1的IC50分别为0.07 μmol·L-1和100 μmol·L-1，COX-2/COX-1选择系数大于1400倍〔11〕，为一COX-2高选择性抑制剂.
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SC-58635(YM-177，Celecoxib)：SC-236是Searle公司早期合成的一个1，5-二芳基吡唑类COX-2抑制剂，但由于其半衰期过长，毒性太大而被淘汰.为了改善SC-236药动学方面的不足，Searle公司对1，5-二芳基吡唑类化合物进行了广泛的构效关系考察，SC-58635就是在这种情况下开发出来的一个高效COX-2选择性抑制剂(COX-2：IC50=0.040 μmol·L-1，COX-1：IC50=15.0 μmol·L-1)〔12〕.动物试验研究表明，本品具有与吲哚美辛等常规NSAIDs相当的抗炎活性，而胃肠不良反应发生率很低.临床试验得到相似结果：患类风湿性关节炎(RA)或骨关节炎(OA)病人服用本品2或4周，两种病情均有明显改善；给予128例健康志愿者本品100 mg或200 mg，一日2次，一周后检查结果显示服用本品未发生胃肠道出血现象，而萘普生发生率近20%〔13〕.目前本品已被美国FDA批准上市.
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2.1.2 甲磺酰苯胺类
初步构效关系研究结果表明，在该类化合物中，甲磺酰苯胺及对位吸电基团取代构成本类化合物分子选择性抑制COX-2作用的结构基础；此外，二环之间只有氧和硫原子连接显示出最大活性.
NS-398：由Taisho药业公司开发，据Futaki等人报告，大鼠口服本品0.3～5 mg·kg-1产生的抗炎镇痛活性与吲哚美辛相当，而一次口服100 mg·kg-1不会引起明显的胃肠损伤〔14〕.本品抑制小鼠重组COX-1和COX-2的IC50分别为0.03 μmol·L-1和大于100 μmol·L-1〔15〕，因此也是一个强的COX-2选择性抑制剂.将其结构与已在多国上市的尼美舒利(nemesulide)进行比较，可以看出二者结构上的相似性，然而体外试验中尼美舒利表现出非选择性的特点.构效关系研究表明NS-398分子中的环己烷基决定了该分子对COX-2的高度亲和性，而尼美舒利中的苯环使得其分子能够同时接近两种COX的活性区〔16〕.目前该化合物在Ⅰ期临床中.
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CGP 28238：由Ciba-Geigy公司开发的一个COX-2选择性抑制剂，具强抗炎镇痛和解热活性〔17〕.酶选择性测试结果显示，本品抑制IL-1诱导的大鼠肾小球细胞膜中COX-2和人血小板中COX-1的IC50分别为0.015 μmol·L-1和72.3 μmol·L-1；抑制由LTS诱导的人单核细胞中COX-2和TPA处理的HEL细胞中COX-1的IC50为0.038 μmol·L-1和大于10 μmol·L-1，两种模型结果相似〔18〕.目前该化合物正在进行临床前研究.
L-745337：本品为CGP 28238的硫醚类似物，临床前研究结果显示：具有与吲哚美辛相当或高的抗炎镇痛解热活性且耐受性良好.L-745337抑制人骨肉瘤细胞(COX-2)和U937细胞(COX-1)中PGE2生成的IC50分别为0.023 μmol·L-1和大于10 μmol·L-1〔19〕.据Li等人报告，较CGP 28238，L-745337的药动学特征和胃肠道耐受性更优，这是因为L-745337结构中的硫原子取代了CGP 28238结构中的氧原子，一方面改变了分子的物化特性，另一方面改变了分子的酸碱性和空间环境，而这些因素在很大程度上决定着化合物的作用特点〔20〕.目前该化合物正在进行Ⅰ期临床试验.
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2.1.3 二叔丁基取代苯酚类
该类化合物相对研究较少，除报道较多的BF 389外，Warner-Lambert公司的PD-138387和PD-164387也在早期研究中.二叔丁基取代苯酚为本类化合物分子的共同结构.
BF 389：由Biofer公司开发，为一强效低毒副作用抗炎剂，这是由其较高组织水平及较低血浆浓度的药动学特征所决定的〔21〕.本品具有一定的COX-2选择性，如抑制牛主动脉上皮细胞中COX-1和内毒素诱导的巨噬细胞中COX-2的IC50值分别为0.03 μmol·L-1和0.15 μmol·L-1，COX-2/COX-1抑制活性比为5〔22〕.另据报道，BF 389还是一个5-LOX抑制剂〔23〕.目前本品在Ⅰ期临床试验中.2.1.4 其它类
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meloxicam(mobic)：本品为一烯醇酸NSAIDs.据报道，该品具有一定COX-2选择性，其中抑制豚鼠腹腔巨噬细胞中COX-2/COX-1活性比值约为3〔24〕.临床试验显示，本品的疗效与常规NSAIDs(如萘普生和炎痛昔康)相当，而安全性优于后者，适用于RA和OA的治疗〔25〕.本品于1996年首次在南非上市，现已在多国上市.
另外，对已上市NSAIDs的酶选择性研究中发现，Smithkline Beecham公司的萘丁美酮(nabumetone,Relafen)和Wyeth-Ayerst公司的依托度酸(etodolac,Lodine)也具有一定COX-2选择性，二者IC50(COX-1)/IC50(COX-2)值分别为7〔18〕和11〔26〕，被认为是两种“优先”COX-2抑制剂.
2.2 环氧化酶-2选择性作用的结构基础
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1996年，Kurumbail等人〔27〕在对小鼠COX-2与不同NSAIDs所形成复合物三维结构分析的基础上指出，COX-2选择性抑制剂SC-558(hCOX-1：IC50=17.7 μmol·L-1，hCOX-2：IC50=0.0092 μmol·L-1)结构中的苯磺酰胺部分是分子呈现COX-2高选择性抑制作用的主要因素，这是由COX-2不同于COX-1的蛋白结构所决定的：1)在COX-2中，523位缬氨酸取代了COX-1中的异亮氨酸，加之355位酪氨酸构型支持，从而形成一个由亮氨酸352、丝氨酸353、酪氨酸355、苯丙氨酸518和缬氨酸523组成的疏水性空穴，该穴同时由于352位亮氨酸向355位酪氨酸发生0.7?的位移得到放大，因而足以来容纳SC-558中的苯磺酰胺部分.在COX-1中，尽管也有与COX-2相似的空穴，但523位相对大体积的异亮氨酸的的空间位阻阻碍了苯磺酰胺的进入.2)在COX-2中，434位缬氨酸取代COX-1中的异亮氨酸也为苯磺酰胺进入新的空穴提供了条件.这是因为缬氨酸侧链部分体积较小，这样有足够的空间摆动而打开该残基与518位苯丙氨酸所形成的通向COX-2表面相对极性区的“分子门”，从而允许氨磺酰基越过疏水带伸展进入该极性区，与附近氨基酸发生氢键作用.3)COX-2中513位精氨酸取代COX-1中的组氨酸是决定SC-558与COX-2特异性结合的第三个因素，这是由于在COX-1中组氨酸结构中的咪唑环不足以伸展而与氨磺酰基发生直接作用.4)COX-1中120位精氨酸结构中的碱性胍基稳定了传统NSAIDs分子中的羧基，SC-558结构中没有羧基是其除苯磺酰胺外对COX-2呈现专属性的第二个结构因素，当在SC-558吡唑环上引入酸性基团以期提高化合物对COX-2的活性时，结果活性稍微提高的同时，选择性却大大降低了.
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不难看出，COX-2与COX-1结构上的根本差异就在于COX-2中较大的NSAIDs结合点，从而通过相对大分子底物的占据，增强亲和力，实现底物对COX-2的专属性抑制作用，这一结论已经成为药物学家开发COX-2选择性抑制剂的设计依据〔28〕.
3 不可逆环氧化酶-2选择性抑制剂
实验已知，阿司匹林是目前唯一的一个COX不可逆抑
制剂.1998年，Marnett实验室〔29〕报道了一类新的阿司匹林类似物，其中以APHS为代表.该类化合物具有与阿司匹林相似的不可逆作用方式，即乙酰化COX蛋白结构中的丝氨酸而使COX永久失活.不同于阿司匹林的是该类化合物对COX-2表现出较高的亲和作用，如APHS抑制COX-2活性和选择性分别是阿司匹林的60倍和100倍.这类化合物的上述作用特点是由其分子中乙酰基和含硫基团两部分结构共同决定的.尽管该类化合物较前面综述的可逆性COX-2抑制剂对COX-2选择性仍有较大差距(APHS抑制牛COX-1及人COX-2的IC50比值为21)，但其较后者更加彻底的作用方式为人们提出了一种新的概念和思路.该类化合物被称为“新一代”COX-2选择性抑制剂的“先锋”〔30〕.
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4 结语
NSAIDs是临床应用非常广泛的一类药物，不足之处是胃肠毒性太大.COX-2选择性抑制剂将药理活性与不良作用有效分离，从而在很大程度上避免了传统NSAIDs所带来的胃肠道并发症状，因此是NSAIDs研究的一大进展.阿司匹林样化合物通过不可逆乙酰化作用使COX-2永久失活，因而作用更加高效而彻底.预期高活性且高选择性的COX-2不可逆抑制剂将是未来短期内新型COX-2选择性抑制剂研究的一个主要方向.
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收稿日期:1999-01-05, 百拇医药(赵丽琴1 张守芳)