服务热线:18071023591
新闻中心 多种规格的组件和系统解决方案满足您多样化需求

【药物化学】揭秘硒的化学性质与药理作用之间关系

日期: 2022-12-20
浏览次数: 575
分享到:

硒(第34号元素)是人体必需的14种微量元素之一,在人类健康中发挥着重要作用。自从施瓦茨(Schwarz)于1957年发现它是阻止肝坏死的“第三因子”以来(图1),科学家对于利用硒来改善人类健康水平的追求就从未止步。我国科学家杨光圻和于树玉分别因“硒与克山病”和“硒与肝癌”的研究成果而荣获施瓦茨奖。目前,硒已被视为与维生素、β-胡萝卜素等生化物质同等重要的生命营养素,被国内外医药学界和营养学界誉为“生命的火种”,享有“长寿元素”、“抗癌之王”的美誉。自2013年起,每年的5月17日被设定为我国的“全民补硒日”。近年来,含硒药物的研究重点逐渐从膳食硒转移到人工合成的有机小分子含硒化合物,其合理设计、高效合成与生物学研究成为了重中之重。

【药物化学】揭秘硒的化学性质与药理作用之间关系

图1. Se与人类健康研究大事件



近期,应药物化学期刊Journal of Medicinal Chemistry 杂志Perspectives专栏编辑Nicholas A. Meanwell博士的邀请,浙江工业大学侯卫博士和上海科技大学许红涛博士以“Incorporating Selenium into Heterocycles and Natural Products─From Chemical Properties to Pharmacological Activities”为题分析了硒的特殊化学性质与其药物化学生物学性质之间的关系(图2),并通过一些典型的含硒类杂环小分子和天然产物案例分析来进行佐证,这些信息对含硒药物的合理设计具有一定的指导意义。

【药物化学】揭秘硒的化学性质与药理作用之间关系

图2. 硒的化学性质与其药物化学生物学性质的联系。图片来源:J Med Chem


(1)ROS清除作用(图3B):由于Se的原子半径大,其外层电子容易失去,使得-2价的含硒化合物具有优异的抗氧化作用,可以通过单电子或双电子还原机制清除活性氧(ROS)。此外,它们还可以通过激活Keap1-Nrf2-ARE信号通路来对抗氧化应激。由于ROS水平升高是炎症、缺血再灌注损伤、动脉粥样硬化和中风等疾病的典型特征,含硒药物的因其优良的ROS清除能力具有在这些疾病治疗中应用的潜力。

(2)ROS诱导作用(图3A):较低的氧化还原电势(RSe•/RSe: 0.43 V)使得-2价的含硒化合物可以在有氧条件下单电子还原氧气,相继生成超氧阴离子(O2•−)和H2O2。由于肿瘤细胞的快速分裂与增殖,表现出异常的能量代谢和比正常细胞更高的ROS水平。为了对抗更高的ROS水平,肿瘤细胞会表达更多的抗氧化蛋白(如GPx、TrxR)来最大化其抗氧化能力,这使得它们对新产生的ROS比正常细胞更加敏感。因此,含硒药物的ROS诱导能力使它们具有在抗肿瘤药物中应用的潜力。

(3)固有氧化作用:由于Se的原子半径大,Se=O双键的π键属性较弱,硒端带有较多的正电荷,使得高氧化态的含硒化合物容易被还原,这一方面为含硒前药的设计提供了契机,另一方面由于还原的过程伴随着Se-S加合物的生成,也为基于Cys残基的共价抑制剂的设计提供了机会。

(4)改善亲脂性:Se的原子半径大,极化作用强,使得含硒药物通常具有更好的脂溶性和渗透性,这一性质可能对于研发需要深层渗透的实体瘤和需要跨越BBB的脑部疾病的治疗药物具有重要意义。

(5)σ-hole引起的硫属键相互作用:Se原子的σ-反键轨道能量较低,容易与邻近的含孤对电子的N原子和O原子形成硫属键(Chalcogen bonding, ChB)相互作用,而Se-ChB的作用强度与氢键相当甚至更强。因此,合理地引入Se原子可以进一步增强药物分子与靶标的亲和力。

【药物化学】揭秘硒的化学性质与药理作用之间关系

图3. 含硒化合物ROS清除和ROS诱导作用的机制

上述独特的化学性质与含硒药物的药理、毒理性质息息相关。希望本文对正在从事或即将从事含硒药物研究的科学家有所启发,也希望越来越多不同学科的科学家投入含硒药物研究中来,共同推动含硒药物化学生物学的发展,使得这一神秘的月亮女神(Selene)元素更好地为人类健康服务。

 

【药物化学】揭秘硒的化学性质与药理作用之间关系

 

 文章来源X-MOL,原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面):

【药物化学】揭秘硒的化学性质与药理作用之间关系

Incorporating Selenium into Heterocycles and Natural Products─From Chemical Properties to Pharmacological Activities

Wei Hou*, Hongtao Xu*

J. Med. Chem., 2022, DOI: 10.1021/acs.jmedchem.1c01859


相关新闻推荐
  • 点击次数: 575
    2022 - 12 - 20
    硒(第34号元素)是人体必需的14种微量元素之一,在人类健康中发挥着重要作用。自从施瓦茨(Schwarz)于1957年发现它是阻止肝坏死的“第三因子”以来(图1),科学家对于利用硒来改善人类健康水平的追求就从未止步。我国科学家杨光圻和于树玉分别因“硒与克山病”和“硒与肝癌”的研究成果而荣获施瓦茨奖。目前,硒已被视为与维生素、β-胡萝卜素等生化物质同等重要的生命营养素,被国内外医药学界和营养学界誉为“生命的火种”,享有“长寿元素”、“抗癌之王”的美誉。自2013年起,每年的5月17日被设定为我国的“全民补硒日”。近年来,含硒药物的研究重点逐渐从膳食硒转移到人工合成的有机小分子含硒化合物,其合理设计、高效合成与生物学研究成为了重中之重。图1. Se与人类健康研究大事件 近期,应药物化学期刊Journal of Medicinal Chemistry 杂志Perspectives专栏编辑Nicholas A. Meanwell博士的邀请,浙江工业大学侯卫博士和上海科技大学许红涛博士以“Incorporating Selenium into Heterocycles and Natural Products─From Chemical Properties to Pharmacological Activities”为题分析了硒的特殊化学性质与其药物化学生物学性质之间的关系(图2),并通过一些典型的含硒类杂环小分子和天然产物案例分析来进行佐证,这些信息对含硒药物的合理设计具有一定的指导意义。图2. 硒的化学性质与其药物化学生物学性质的联系。图片来源:J Med Chem (1)ROS清除作用(图3B):由于Se的原子半径大,其外层电子容易失去,使得-2价的含硒化合物具有优异的抗氧化作用,可以通过单电子或双电子还原机制清除活性氧(ROS)。此外,它们还可以通过激活Keap...
  • 点击次数: 675
    2022 - 12 - 14
    200年前,瑞典科学家Jons Jacob Berzelius就发现了微量元素硒,当时他以月亮女神的名字Selene来对硒进行命名,除了工业应用外,硒还是人类、许多动物以及一些细菌维持机体健康的必须元素,近日,来自德国环境健康研究中心(Helmholtz Zentrum Munchen)的科学家通过研究首次阐明了为何硒是哺乳动物机体的一种限制因子,相关研究刊登于国际杂志Cell上。 图片来源: Ingold et al., Cell, 2017 多年以来科学家们一直在调查一种新的细胞死亡方式,即铁死亡(ferroptosis);研究人员发现,酶类GPX4在铁死亡过程中就扮演着重要角色,GPX4在其硒半胱氨酸的氨基酸形式中含有硒;为了能够更好地理解GPX4在铁死亡过程中的作用,研究人员建立了GPX4酶类被修饰的小鼠模型并对该模型进行了深入研究,在其中一种模型中,研究者发现,携带特殊形式GPX4(GPX4中硒替代硫)的小鼠并不会存活超过3周,主要原因可能是小鼠会出现神经并发症。 为了寻找背后的原因,研究人员在小鼠的大脑中鉴别出了一种特殊类型的神经元亚群,当包含硒的GPX4缺失时这种特殊神经元就会消失,深入研究后研究者人员发现,在出生后的发育阶段,当用硒替代硫的酶类GPX4缺失时小鼠大脑中的特殊神经元就会缺失。 此外,研究人员还发现,氧化性应激能够有效诱发铁死亡发生,当细胞处于高代谢活性和较高的神经元活动期间就会出现氧化性应激反应,本文研究首次发现,硒对于机体特殊类型的中间神经元在出生后的发育非常必要,含有硒的GPX4酶能够保护这些特殊的神经元细胞免于氧化性应激压力以及铁死亡发生。 研究者Marcus Conrad表示,本文研究还解释了为何特定的含硒酶对于某些有机体非常必要,包括哺乳动物等,而对于某些有机体则是可有可无的,比如真菌...
  • 点击次数: 26
    2022 - 04 - 28
    硒是我们人体可或缺的一种营养,就像阳光、空气、水、没有了它们,我们就不可能生存。硒也是一样,和其他的钙、铁、锌、等10多种微量元素也是人体必需的。硒在我们体内还不能太少,不能缺,轻则导致各种疾病,重则引起死亡,早前我们黑龙江克山县就是因为缺硒而导致了大量的人员死亡,这种因硒缺乏而引起的心脏疾病后被称之为“克山病” 人体为什么要补硒  首先,硒在我们生活的环境中含量不足。是什么原因导致我们缺,主要是我们生活的环境缺,硒主要来自于我们脚下的土地。我国土壤调查的结果表明全国72%的土壤都存在缺硒的问题,土地缺,导致从土里长出的庄稼就会缺,庄稼缺我们吃的食物就缺,最终我们人体就会缺。 我国人均每日硒摄入量大概在30微克多一点,而日本和芬兰这些长寿国家却达到了120微克,我们只是他们的1/4。其次,硒在我们身体里不能被创造,它只能通过外界来补充。我们身体可以把我们吃的东西经过加工处理以后变成我们身体需要的,比如说我们身体里的脂肪、流淌的血液,还有很多的氨基酸和其他的物质。然而我们必需的微量元素包括硒在内,我们的身体是不能生产和创造的,必须靠我们外界给他提供补充。 再者,硒在我们身体里是不能储存的,它不能够一次性补足,然后把它存起来,循环再利用。硒进入我们的身体,参与了我们身体的代谢后,就被排除体外。因此摄入的硒对我们人体来说它就是一次性的,如果我们不能够持续性的补充,硒在体内会越来越少,并最终导致缺乏。硒的补充途径如何进行硒的补充,关键还是在于吃和喝。在日常的生活中我们可以有意识的挑选一些硒含量高的食物,如海产品、菌类产品、动物内脏等就可以达到部分的补硒效果;现在市场上也有很多的富硒大米、富硒面粉和以及定量补硒的药片和糖果,给我们的日常补硒提供了更多的方式和选择。硒的摄入量...
  • 点击次数: 498
    2022 - 03 - 21
    中地国际硒研院提出:硒是人体必需营养素,评估身体硒营养对于精准补硒至关重要,如何评估?如何采样?什么是硒?▼硒是一种人体必需的多功能的生命营养素,中国营养学会将硒列为15种每日膳食营养素之一,国外大量研究证明,人体缺硒可引起重要器官的功能失调,导致严重疾病发生。 如何评估人体硒营养?▼评估身体硒营养情况可以通过血硒、尿硒和发硒含量来进行。相比于前两者,发硒检测具有取样方便、样品容易保存等优势,是评估数周或者数月的人体硒营养情况的可靠指标。 发硒检测注意事项及原理▼ 1、取样部位不同、结果有差异:刘海、头顶、耳后等不同部位,头发生长速度不同,所反应的情况也是不同的;2、同一部位距离发根长度不同,所反应的时间段也不同,距离发根越远,一般一个月头发会长出1厘米左右;3、清洗头发,洗发水是否含硒,部分洗发水为了各种功效会添加硒,对结果有影响。 发硒检测取样方法▼ 1、同一个部位取样,如果要前后多次的检测对比,尽量选择同一个部位;2、取靠近发根的头发,可以取靠近发根1-3厘米的头发,用来评估补硒1-3个月的情况;3、取样前1-3天不要使用含硒的洗发水,判断这个洗发水是不是含硒,咱们可以看它的成分表里是否含硒;4、取样量要达到1g,太少会影响测试;5、取干净干燥头发,并用干净的自封袋或纸袋将头发样品装好,注明相关信息:清单、姓名等。
武汉中地西能科技有限公司
  • 微信公众号
    微信公众号
    微信公众号
  • 小程序
    小程序
    小程序
联系我们
研究院地址:武汉市东湖新技术开发区锦程街68号
成果转化中心:武汉市洪山区鲁磨路388号中国地质大学(武汉)东区
联系电话:18071023591 (罗先生)
邮箱地址:dyluo@cugse.com
友情链接
Copyright ©2019 - 2024 武汉中地西能科技有限公司 鄂ICP备19021743号-1 犀牛云提供企业云服务