酪氨酸酶新型抑制剂曲酸衍生物的合成及其抑制黑色素形成的作用机理

Tyrosinase (TYR), as the rate-limiting enzyme in melanin synthesis, is positively correlated with the synthesis of melanin, and its abnormal expression in the human body can lead to diseases caused by pigmentation disorders. Therefore, it is very important to take effective measures to regulate the TYR in pigment synthesis signaling pathway. As a tyrosinase inhibitor, kolic acid has been widely used, and we have synthesized and obtained a series of new kolic acid derivatives which have more stronger inhibitory effect on TYR. In this project, we will focus on the following to clarify the inhibition mechanism of new kolic acid derivatives on melanin formation signaling pathways: the inhibition mechanism of these derivatives on TYR, structure-activity model, downstream target proteins in the melanin formation signaling pathways, binding site, and the molecular mechanism with protein combination. This research subject will provide theoretical basis for the application of these compounds in the development of skin-whitening cosmetics and the related diseases of pigmentation disorders.

酪氨酸酶（TYR）作为黑色素合成的限速酶，其活性与黑色素的合成量成正相关，其在人体中异常表达会导致由于色素紊乱而引起的疾病。因此采取有效的手段调控TYR在黑色素合成信号通路中的作用显得十分重要。曲酸作为酪氨酸酶抑制剂已被普遍应用，我们通过对曲酸结构的修饰改造，合成得到了一系列对TYR具有更强抑制作用的新型曲酸衍生物。本课题将深入研究它们对TYR的抑制作用机理、构效模型、对黑色素形成信号通路上下游靶点蛋白的作用方式和位点，以及与蛋白结合的分子机理，阐明其抑制黑色素形成信号通路的作用机制和分子机理，为该类化合物应用于美白化妆品及相关疾病治疗药物的开发提供理论支持。

酪氨酸酶（TYR）作为黑色素合成的限速酶，其活性与黑色素的合成量成正相关，其异常表达会导致由于色素紊乱而引起的疾病。因此采取有效手段调控TYR活性十分重要。曲酸作为TYR抑制剂被普遍应用，本课题中我们通过改造曲酸结构，合成得到了四种对TYR具有更强抑制作用的新型曲酸衍生物，并对其抑制机理进行了深入研究。以曲酸、肉桂醛和三氮唑为原料，我们合成并鉴定了四种新型曲酸衍生物（KAD1、KAD2、KAD3和KAD4）。四种化合物对蘑菇酪氨酸酶均表现出显著的抑制效果，优于曲酸，对单酚酶抑制IC50分别为20.51、21.58、23.04和11.82 μmol/L，对二酚酶抑制IC50分别为8.33、7.50、10.00和9.73 μmol/L，对二酚酶活性的抑制作用均为混合型可逆抑制。采用荧光淬灭和MOE分子对接法研究了四种化合物与酶及铜离子的相互作用。对小鼠黑色素瘤B16F10细胞黑色素合成的影响结果表明，四种化合物均能有效抑制黑色素的生成以及胞内TYR的活力。机制研究表明，KAD2通过激活Akt信号通路协同抑制CREB信号通路从而调控MITF的表达，进而下调TYR家族蛋白的表达，最终抑制黑色素的生成。斑马鱼胚胎实验表明，KAD2有效抑制斑马鱼MITF和TYR的表达从而抑制黑色素的生成。小鼠急性毒理及细胞毒性实验表明在实验浓度范围内KAD2无毒。黑色素转移实验结果表明，KAD2下调角质细胞HaCaT和B16F10-HaCaT共培养体系中黑色素转移的调控关键因子PAR-2的表达，抑制角质细胞的分泌因子POMC、MCIR的转录，从而抑制黑色素转移。在抗氧化方面，KAD2通过调控ERK途径、p38途径进一步增强Keap1-Nrf2途径中Nrf2的表达，激活抗氧化酶如GCS、CAT、SOD等的转录，从而显著降低胞内ROS的水平，且削弱由H2O2引发的活性氧升高及其造成的细胞损伤。KAD2的抗氧化作用与黑色素生成及转移间关系密切。转录组分析结果表明，KAD2处理后301条信号转导通路被特异性改变，共涉及5007个差异表达基因，富集最显著的3条通路为溶酶体、氧化磷酸化以及糖胺聚糖降解，黑色素生物合成过程中的部分基因表达水平下调。研究成果为该类化合物应用于美白化妆品及相关疾病治疗药物的开发提供了新的思路和理论支持。