综述：氢过氧化物：植物甾醇和三萜类化合物作为抗痴呆治疗的有前景的候选物

《Oxygen》：Hydroperoxides: Plant Steroids and Triterpenoids as Promising Candidates for Anti-Dementia Therapy

　　

氢过氧化物（R–OOH，有机氢过氧化物）是一类相对较小但结构多样的天然代谢物，存在于高等植物、真菌和海洋生物中。它们的形成与涉及氧化还原活性金属离子（特别是铁和铜）的氧化过程密切相关，这些金属离子促进活性氧（ROS）的产生以及甾醇和三萜类化合物的氧化转化。在本研究中，研究人员使用PASS（物质活性谱预测）平台筛选了约1500种天然存在的甾醇和三萜类化合物，以识别与神经退行性疾病潜在相关的化合物。在分析的化合物中，只有17种含氢过氧化物的甾醇和三萜类化合物表现出显著的预测抗痴呆活性，并被选中进行详细评估。选中的化合物显示出广泛的预测生物活性，包括抗肿瘤、抗炎、抗溃疡、抗血栓、保肝和神经保护作用。几种含氢过氧化物的三萜类化合物表现出特别高的预测抗痴呆活性，其中一种降羽扇烷型氢过氧化物显示出最高的活性概率（Pa = 0.972）。这些化合物的生物学意义可能与氢过氧化物官能团的独特氧化还原特性有关，该官能团可参与氧化和适应性信号传导过程。由于氢过氧化物与过渡金属离子和活性氧相互作用，它们处于氧化应激、细胞防御机制和神经退行性变之间的复杂界面。本分析强调含氢过氧化物的甾醇和三萜类化合物是一类尚未充分探索的天然产物，与痴呆研究具有潜在相关性。然而，所报道的活性主要基于计算预测，应作为药理学潜力的指示，而非实验验证的治疗效果。需要进一步进行血脑屏障通透性评估、生化研究、细胞实验、动物模型和临床评估，以确定这些化合物在神经退行性疾病中的真实治疗价值。

1. 引言
痴呆是一种以认知功能（包括记忆、推理、语言和行为）进行性下降为特征的临床综合征，足以干扰日常生活和独立性。它并非单一疾病，而是由多种潜在神经病理学引起的疾病组，其中阿尔茨海默病（Alzheimer's disease, AD）最为常见，约占50-70%的病例。虽然发病率随年龄增长而增加，但痴呆并非衰老的必然结果。目前的药物干预主要提供症状缓解或适度延缓疾病进展，无法预防或逆转神经退行性变。近年来，晚发性痴呆被认为是多种重叠机制驱动的异质性疾病，因此人们对能够同时调节多条病理通路的多靶点治疗药物越来越感兴趣。天然产物因其结构多样性和广泛的生物活性而成为此类化合物的重要来源。在本研究中，研究人员使用PASS（物质活性谱预测）平台筛选了约1500种天然存在的甾醇和三萜类化合物，发现仅17种含氢过氧化物的化合物表现出显著的预测抗痴呆活性，故选择它们进行详细分析。氢过氧化物具有独特的氧化还原特性，能够影响氧化信号通路、金属介导的反应和细胞应激反应，可能是神经活性天然产物的关键结构。

2. 三萜类化合物和甾醇的结构及其活性
从加拿大北极退化陆地维管植物沉积物中分离的降羽扇烷型氢过氧化物（1）展现出极高的预测抗痴呆活性（Pa = 0.972），提示其可能通过可控的氧化还原信号或自由基介导途径发挥保护作用。此外，预测显示其还具有抗血栓（0.961）、抗溃疡（0.956）、抗肿瘤（0.877）、抗炎（0.845）和保肝（0.837）等广泛活性。这些综合活性表明该化合物可通过调节炎症、血管功能和细胞应激反应等多效机制发挥作用。来自鸦葱属（Scorzonera）的三萜类化合物（2）也表现出高抗痴呆活性（Pa = 0.958），并伴有抗溃疡、抗血栓、抗肿瘤、抗炎、保肝和抗氧化活性，提示其可能通过调节氧化应激和炎症通路发挥作用。来自小叶榕（Ficus microcarpa）的齐墩果烷型三萜（3）具有中等的抗痴呆活性（Pa = 0.880），同时具有化学预防、抗溃疡、抗血栓、抗肿瘤、保肝和抗炎活性。来自川楝（Melia toosendan）的多个三萜化合物（4）、（6）、（7）、（9）、（14）和（16）表现出多样活性，其中（4）抗痴呆活性为0.850，而（16）虽抗痴呆概率较低（0.639），但具有强心（0.954）和呼吸刺激（0.825）作用。来自黄钟花（Markhamia lutea）的化合物（5）、（8）、（11）和（13）表现出中等的抗痴呆活性（0.706-0.783），并伴有抗溃疡、细胞凋亡激动和抗肿瘤活性。来自四角风车子（Combretum quadrangulare）的化合物（10）具有中等的抗痴呆活性（0.711）和抗溃疡、细胞凋亡激动、化学预防、抗肿瘤、抗血栓和抗炎活性。其中环阿屯烷型三萜quadrangularate B（10）对小鼠结肠癌26-L5细胞显示出强细胞毒性。来自角果木（Ceriops tagal）的化合物（12）抗痴呆活性为0.709，并具有抗肿瘤、细胞凋亡激动、保肝、降血脂、免疫抑制和抗溃疡活性。来自路易斯安那角胡麻（Proboscidea louisianica）的化合物（15）抗痴呆活性为0.668，同时具有抗肿瘤、细胞凋亡激动、抗炎、免疫抑制和抗疟原虫活性。来自女贞（Ligustrum lucidum）的化合物（17）抗痴呆活性较低（0.523），但具有强细胞凋亡激动（0.893）和抗肿瘤（0.876）活性。这些化合物来源于多种植物，涵盖降羽扇烷、齐墩果烷、乌苏烷、环阿屯烷和柠檬苦素类骨架。

选择标准与PASS工作流程
本研究始于对天然甾醇和三萜类化合物的大规模计算调查，旨在识别与神经退行性疾病潜在相关的化合物。从文献中收集了约1500种结构多样的天然甾醇和三萜，使用PASS 2024版平台进行筛选。在筛选的化合物中，仅17种含氢过氧化物的甾醇和三萜表现出显著的预测抗痴呆活性，被选作详细分析。选中的化合物源自不同植物来源，涵盖多种骨架。研究采用ADMETlab 3.0平台进行基于ADMET的血脑屏障（blood–brain barrier, BBB）通透性和中枢神经系统（CNS）类药物特性预测。PASS预测基于定量构效关系（QSAR），计算活性概率（Pa）和非活性概率（Pi）。Pa > 0.9表示强预测，0.7-0.9表示可能活性，0.5-0.7表示可能活性需进一步验证。

3. 通过QSAR/PASS检测三萜类化合物的活性
本文讨论的生物活性均使用PASS平台评估，该平台基于化学结构预测生物活性谱。PASS采用QSAR方法和机器学习算法，训练数据集包含超过一百万种生物活性化合物。对于每种预测活性，生成Pa和Pi两个统计参数。解释Pa值的常见方案为：>0.9强预测，0.7-0.9可能活性，0.5-0.7可能活性，<0.5活性不确定。重要的是，PASS预测并非实验测量，而是统计估计，应作为假说生成和优先级排序工具。

3.1. PASS预测的解释与局限性
PASS预测基于分子结构，不提供定量效力、作用机制、药代动力学行为、毒性或临床疗效。因此，本文讨论的抗痴呆活性应视为计算预测而非验证的药理效应。局限性包括不考虑生物利用度、代谢稳定性、BBB通透性、靶点选择性和物种特异性反应。

3.2. BBB通透性与CNS类药物特性评估
由于痴呆主要影响中枢神经系统，候选分子到达脑组织的能力至关重要。使用ADMETlab 3.0平台评估了氢过氧化物甾醇和三萜的BBB通透性。结果表明，多个化合物因其亲脂性甾体或三萜骨架而具有部分BBB穿透的理化特性，但多个羟基、羧基、糖苷残基或高度氧化的取代基会增加极性并降低CNS可及性。预测不能替代实验评估。

4. 氢过氧化物官能团在三萜类化合物神经保护活性中的作用
氢过氧化物（–OOH）官能团是一种独特的结构特征，可能通过氧化还原依赖性机制发挥调节和保护作用。含氢过氧化物的三萜类化合物最好被描述为氧化还原调节剂，而非简单的抗氧化剂。它们能诱导温和的氧化刺激，激活适应性细胞防御系统（毒物兴奋效应）。关键机制之一是激活Nrf2/Keap1信号通路，促进抗氧化和细胞保护基因的上调。此外，氢过氧化物基团可调节神经炎症通路，通过影响NF-κB等转录因子减少促炎介质产生。它们还能与脂膜和金属离子相互作用，并通过选择性共价或氧化修饰含半胱氨酸的蛋白靶点来影响细胞存活、凋亡和蛋白质聚集。重要的是，氢过氧化物的生物活性高度依赖于剂量、稳定性和细胞环境，治疗潜力存在于一个狭窄窗口内。

氢过氧化物的保护性与促氧化效应
氢过氧化物在氧化还原生物学中占据独特位置。传统的观点认为它们是有害的脂质氧化产物，在过渡金属离子存在下可分解为高反应性的烷氧自由基，引发链氧化反应导致细胞损伤。然而，低水平的氧化应激可能激活适应性保护反应（毒物兴奋效应），如Nrf2/Keap1通路激活和抗氧化酶诱导。生物学结果强烈依赖于浓度、细胞环境、抗氧化能力和金属离子可用性。

5. 金属催化甾醇和三萜类化合物中氢过氧化物基团的形成
甾醇和三萜中的氢过氧化物可通过非酶促氧化过程形成，由过渡金属离子（特别是铁和铜）介导。该过程类似于脂质过氧化，通过金属催化生成ROS引发自由基链反应。Fe²⁺和Cu⁺催化H₂O₂分解产生羟基（•OH）和氢过氧基（•OOH）自由基，这些自由基从C–H键夺取氢原子，生成碳中心自由基，随后与O₂反应形成过氧自由基（ROO•），再夺取氢生成氢过氧化物（ROOH）。Fe²⁺还可还原ROOH生成烷氧自由基（RO•）。在神经退行性疾病如AD中，脑区存在铁和铜稳态失调，可能促进氢过氧化物的原位形成或转化。该机制具有双重意义：一方面可能导致分子降解和细胞毒性，另一方面可能生成具有氧化还原调节和信号传导活性的生物活性衍生物。自由基氧化序列RH → R• → ROO• → ROOH → RO•代表了神经元膜脂质过氧化过程，主要影响海马体和大脑皮层。

5.1. 氢过氧化物与金属介导的神经退行性变
过渡金属离子铁和铜在中枢神经系统中发挥重要作用，其稳态失调可促进ROS生成和氧化损伤。氢过氧化物可与Fe²⁺和Cu⁺发生金属催化分解反应，生成高反应性烷氧自由基，引发脂质过氧化、蛋白质氧化、DNA损伤和线粒体功能障碍，这些过程与神经元退化和认知下降密切相关。铁积累已在AD患者脑区观察到，与Aβ聚集、氧化损伤和神经炎症相关。铜代谢失调也导致氧化应激和异常蛋白聚集。然而，低水平的氢过氧化物介导的氧化还原信号可激活适应性细胞防御通路，如Nrf2依赖性抗氧化反应，因此氢过氧化物可作为氧化损伤和适应性调节的双重介质。

5.2. 氢过氧化物的双重作用：潜在神经保护与氧化毒性
氢过氧化物传统上被认为是脂质过氧化和氧化应激的反应中间体，其反应性在过渡金属离子存在下尤为明显，可能导致神经损伤加剧。然而，低水平的氧化还原活性分子可通过毒物兴奋效应激活适应性防御机制。本文通过PASS分析识别出的氢过氧化物甾醇和三萜是否具有真正的神经保护作用、有害氧化作用或两者兼具尚不清楚。未来研究需评估其生理条件下的稳定性、与铁和铜离子的相互作用、ROS产生能力、BBB穿透性、毒性以及细胞和动物模型中的效果。

6. 铜及其在自由基形成和神经退行性变中的作用
铜是一种氧化还原活性过渡金属，能够在Cu⁺和Cu²⁺之间循环。Cu⁺可与有机氢过氧化物（ROOH）反应生成烷氧自由基（RO•）和Cu²⁺，维持自由基链反应。铜失衡（缺乏或过量）均可破坏神经元稳态。缺乏会削弱关键酶活性，过量则促进氧化应激，与AD发病相关。图5总结了多种金属离子（铁、锌、锰、铝、铅、汞）通过重叠但不同的机制参与神经退行性变，强调了金属稳态对认知健康的重要性。

7. 局限性与未来展望
本报告中预测的抗痴呆活性基于计算预测，并非实验证据。氢过氧化物官能团可能产生有益或有害效应，取决于浓度和细胞环境。BBB通透性预测不能替代实验评估。目前这些化合物尚未在细胞或动物模型中进行系统评估，可能最终被证明无效甚至有害。未来研究应聚焦于实验验证，包括稳定性、金属相互作用、ROS产生、BBB穿透性、神经毒性以及在相关模型中的疗效。

8. 结论
痴呆仍是最具挑战性的神经退行性疾病之一，涉及氧化应激、神经炎症、线粒体功能障碍、蛋白质聚集和金属稳态失调等多因素机制。本研究使用PASS平台筛选了约1500种天然甾醇和三萜，仅17种含氢过氧化物的化合物表现出显著的预测抗痴呆活性，其中降羽扇烷型氢过氧化物活性最高（Pa = 0.972）。这些化合物代表了一类结构多样的天然产物，其氢过氧化物官能团作为氧化还原活性药效团，可能参与氧化和信号传导过程。尽管预测结果需谨慎解释，但本分析识别出氢过氧化物甾醇和三萜是一类尚未充分探索的天然产物，具有神经退行性疾病研究的潜在价值。未来需要通过体外、体内和临床研究验证其真实治疗潜力。