基于靶标PTP1B的新型抑制剂的设计、合成及生物活性研究

Protein tyrosine phosphatase 1B (PTP1B) is a negative regulator in the process of insulin signaling and a promising drug target for diabetes. However, the lack of drugs in clinical development highlights the need for potent and selective PTP1B inhibitors. Recently, we have designed, synthesized and biologically evaluated a variety of new pentacyclic triterpenes derivatives with modified A- and C-rings, and C-17 moieties. Several derivatives exhibited moderate-to-good inhibitory activities against PTP1B, with displaying IC50 at μM level. The results of molecular docking simulations and COMSIA analysis showed that these compounds may be potential selective PTP1B inhibitors. Base on the previous information of structure - activity relationship analyses, we investigated and analysized the crystal stucture of the protein by means of computer-aided design. In this project, a series of novel small-molecule compounds were designed and expected to be synthesized by reasonably modifying and simplifying the terpenoid skeleton, link bridges and active groups of the lead compound C10a. The bind mode of these compounds with the protein is not only similar to that of the lead compound, but also increased significantly. Meanwhile, the desirable physicochemical properties and in vivo efficacies might be obtained. The biological activities and action mechanism of these compounds will be clarified by the enzymatic, celluar, animal and X-ray crystallography research. This work is expected to find novel PTP1B inhibitors with more potential and lay a foundation for further research of novel insulin sensitizer as antidiabetes drugs.

蛋白酪氨酸磷酸酯酶1B（PTP1B）是胰岛素信号传导通路中的关键负调控因子，在糖尿病治疗领域发展新型PTP1B抑制剂具有广阔前景。前期工作中，我们对五环三萜化合物的A环、C环和C17位分别进行了结构修饰，部分衍生物体外可有效抑制PTP1B活性（IC50达到μM级）。晶体对接和COMSIA分析结果提示该类化合物有可能成为潜在的PTP1B选择性抑制剂。在此基础上，本项目结合靶点晶体结构和借助计算机辅助设计手段，对先导物C10a结构中的萜类骨架、连接桥和活性基团进行合理结构修饰和简化，设计并拟合成一类全新结构的小分子化合物，既保持了与先导物-靶点相似的结合模式，又可增强化合物与蛋白质的有效结合，同时还将解决先导物的成药性问题。再从酶学、细胞组织、整体动物和晶体学四个层面评价其生物活性与作用机制，以期发现更具潜力的新型PTP1B抑制剂，为开发具有糖尿病治疗作用的新型胰岛素增敏药物奠定基础。

针对蛋白酪氨酸磷酸酯酶1B（PTP1B）这一胰岛素信号传导通路中的关键负调控因子，在前期研究获得的先导化合物C10a基础上，考虑到五环三萜类化合物的成药局限性，深入分析了基于蛋白PTP1B-小分子抑制剂复合物晶体结构的结合模式，并进行了进一步计算机辅助药物设计的流程；在合成方面，采用过氧化重排、Ritter反应、Hantzsch 酯催化缩合为关键反应，针对先导化合物的三个关键片段进行结构优化，设计并合成了76个三环类小分子化合物,全面阐明了构效关系，并通过多轮循环获得了4个活性在纳摩水平的全新结构的PTP1B小分子抑制剂。这些化合物均表现出对PTPs其他亚型的较好选择性。通过酶促反应动力学分析，确定了活性最佳的化合物AA-12的竞争性抑制作用（Ki：0.32 μM）；细胞实验显示，AA12通过抑制PTP1B的活性，增加胰岛素介导的IRβ的酪氨酸磷酸化水平，而且这种增敏作用存在剂量依赖的效应。AA12还通过增加细胞内ERK的酪氨酸磷酸化水平来确保信号向下游的传导；脂肪细胞胰岛素抵抗实验显示，AA-12在浓度50 mg/L时葡萄糖消耗率可达53.4%，能够有效改善胰岛素抵抗，发挥胰岛素增敏的活性；大鼠的体内药代实验显示，AA12的药代学性质相对于先导物C10A有了明显的改善，生物利用度F为25.6%，而C10A仅为12.8%；以罗格列酮作为阳性对照的糖尿病小鼠的降糖活性研究中，200 mpk的AA12能够有效降低糖尿病小鼠的血糖。综上，本项目的研究，有望规避现有PTP1B小分子抑制剂的作用缺陷，为后续靶向PTP1B的糖尿病治疗药物研发提供了理论依据和实验基础，而且项目对五环三萜天然产物的结构优化和结构简化的研究可以为类似的大分子量天然产物（MW > 400）的研究提供更多的新方法与新思路。在本项目研究经费的资助下，已经在本领域SCI期刊上以第一作者或者通讯作者发表了论文6篇、会议论文2篇、申请发明专利4项，其中授权2项；培养硕士研究生7名，联合培养博士研究生1名；参加了国内学术会议4次，并在“第十一届全国天然有机化学学术会议”和“第六届国际药物化学大会”做口头报告。