核受体PPARγ的配体筛选及调控结构机理研究

Peroxisome proliferator activated receptor gamma (PPARγ) regulates metabolic homeostasis and is an important molecular target for antidiabetic drugs. While improving insulin sensitivity and lowering plasma glucose levels, the clinical use of TZDs has been tempered by side effects such as edema, weight gain, and increased incidence of heart attack. As such, a new drug design strategy for PPARγ ligands is needed to yield more efficacious PPARγ-targeted drugs with less adverse effect. We plan to screen for novel PPARγ ligands distinct from TZDs from chemical libraries and further determine the crystal structures of the PPARγ complexed with these ligands to study the ligand binding specificity. Moreover, we plan to study the structural basis on how the phosphorylation of PPARγ by Cdk5 is blocked by PPARγ ligands, which is directly linked with the anti-diabetic effects of the ligands. The physilogical effects of the novel ligands will be tested on diabetic mice model. Our research together will reveal important mechanistic understandings for the ligand-regulated phosphorylation of PPARγ and provide templates for designing highly selective and efficient non-thiazolidinedione PPARγ ligands in the treatment of insulin resistance.

过氧化物酶体增殖体激活受体γ (PPARγ）是一种核受体转录因子，在调节血糖平衡和脂肪细胞分化方面具有关键作用。目前临床上用于治疗Ⅱ型糖尿病的噻唑烷二酮(TZD)就是一类PPARγ的激活配体。然而，一些副作用如体重增加、心力衰竭、水肿等严重局限了该类药物的临床使用。因此，研究一种新型、安全、高效的糖尿病治疗药物显得十分迫切。本项目将全面有机结合高通量药物筛选技术、结构生物学、生物化学与分子生物学、药物化学、细胞生物学与糖尿病小鼠模型的研究手段和方法，筛选PPARγ新配体，分析PPARγ与新配体结合的结构机制，研究新配体药物如何通过变构调节来影响PPARγ磷酸化和转录活性，对糖尿病小鼠模型的生理作用及分子机理，旨在获得结构上区别于TZDs的新型高效低毒糖尿病药物的结构设计模板，为获得具有自主知识产权的糖尿病治疗药物提供强有力的理论基础和应用依据。

过氧化物酶体增殖体激活受体γ（PPARγ）是一种尤其重要的国际药物研发靶标。该细胞转录调控因子在调节血糖平衡和脂肪细胞分化方面具有关键作用[6]，并参与骨代谢、脑发育等相关生理活动。目前临床上主要用于治疗Ⅱ型糖尿病的噻唑烷二酮(TZD)就是一类能结合并激活PPARγ 的配体。然而，一些副作用局限了这些配体药物的临床使用，如TZD 类药物会导致体重增加、心力衰竭、水肿等。因此，面对全球两亿多的Ⅱ型糖尿病患者，研究一种新型安全、高效治疗Ⅱ型糖尿病的PPARγ 配体药物显得十分迫切。. 本项目通过高通量筛选得到天然抗生素离子霉素为一类特异性PPARγ配体，从PPARγ与离子霉素复合物共结晶结构中清晰地显示出离子霉素与PPARγ独特的结合方式。离子霉素的降血糖、提高胰岛素敏感性的功效在两种不同基因型的糖尿病小鼠中均得到证实。肥胖介导的Cdk5磷酸化PPARγ这一过程可被特异性结合PPARγ的小分子所抑制，这一过程为PPARγ配体所发挥的降血糖功效提供了又一可能的分子机理。本研究表明离子霉素作为一类新型的PPARγ特异性配体，可抑制cdk磷酸化PPARγ并产生提高胰岛素敏感性的作用，为治疗二型糖尿病的小分子开发提供了一类新型模板及设计思路。. 本项目还发现chelerythrine（白屈菜红碱）是一种能高亲和力并特异性结合PPARγ的新型配体，具备通过PPARγ调节血糖代谢平衡并进一步改善二型糖尿病胰岛素敏感性低的特性，能改善糖尿病的系列病理指标。同时，白屈菜红碱诱导脂肪生成、体重增加等副作用方面明显低于PPARγ的配体罗格列酮。该化合物结构与属于噻唑烷二酮的罗格列酮有着明显的区别。作为PPARγ的一类特异性配体，白屈菜红碱及其衍生物或其组合物可用于治疗由PPARγ介导的相关疾病。. 本项目还发现了RAR、FXR等核受体的新型小分子配体。这些研究成果，为为以核受体PPARγ等为靶标的新药研发提供了多个独特的结构模板。对于设计及筛选提高疗效并降低毒副作用的治疗糖尿病、肥胖症等代谢性疾病的新药研发提供了详实有用的科学数据。