具有双重结合位点作用的烯丙基型查尔酮类PTP1B选择性高效抑制剂的设计合成及其药理活性研究

Protein tyrosine phosphatase 1B (PTP1B) is a negative regulator of insulin signaling, which was closely related with the occurrence and development of type 2 diabetes (T2DM). Currently several PTP1B inhibitors have been in the phase of clinical trials for T2DM. Unfortunately, majority of them have poor druggability or toxic effect due to lack of phosphatase inhibitory selectivity or ideal physicochemical property. In our previous study, bromo-retrochalcone (BRC) based on the allyl-chalcones not only can well mimic the natural substrate of PTP1B, but.also it can possibly stretch into the second unique binding pocket with appropriate length of the carbon-chain so as to enhance the selectivity. Thus, it is hypothesized that the BRC as lead compound, targeting both the catalytic pocket and adjacent non-catalytic secondary binding pocket of PTB1B, will significantly improve the inhibitory selectivity toward PTB1B. Based on this assumption, highly selective PTP1B inhibitor will be designed, synthesized, and characterized by the bioassay to test its inhibition effect on the PTB1B and other PTPs. The promising.compound will be further subjected to the evaluation of anti-T2DM activity both in vitro and in vivo, whose binding mode in the PTP1B pockets will be finally disclosed by the crystallization and X-ray diffraction of PTP1B-compound complex. This project will provide us novel selective PTP1B inhibitors and new design strategy for the T2DM.

磷酸酯酶1B（PTP1B）是一种胰岛素信号负性调节蛋白,与2 型糖尿病的发生发展关系密切。目前部分PTP1B小分子抑制剂已进入临床试验研究，但由于理化性质或缺乏对磷酸酯酶的选择性而显示出成药性差或多种毒副作用等缺陷。我们前期发现，具有烯丙基片段的Bromo-retrochalcone（BRC）可以很好的模拟酪氨酸磷酸化底物来竞争性的抑制PTP1B，而且延长其碳链有望结合于具有独特结构的第二结合位点，提高其选择性。据此，我们设计了本项目：以BRC为先导物，针对PTP1B催化“口袋”以及附近特有的“非催化第二结合位点”设计并合成一系列具有高选择性的效抑制剂，测试该类抑制剂对PTP1B和其它磷酸酯酶的抑制作用，表征其在体内外抗2型糖尿病的活性，并通过蛋白药物共结晶技术揭示其与PTP1B的结合模式与结合位点。项目将为2型糖尿病创新药物研究提供新型的高选择性先导物和新颖的设计思路。

磷酸酯酶1B（PTP1B）是一种胰岛素信号负性调节蛋白,与2 型糖尿病的发生发展关系密切。目前部分PTP1B小分子抑制剂已进入临床试验研究，但由于理化性质或缺乏对磷酸酯酶的选择性而显示出成药性差或多种毒副作用等缺陷。我们前期发现，具有烯丙基片段的Bromo-retrochalcone（BRC）可以很好的模拟酪氨酸磷酸化底物来竞争性的抑制PTP1B，而且延长其碳链有望结合于具有独特结构的第二结合位点，提高其选择性。据此本项目中，我们设计并合成了 51 个烯丙基类查尔酮类似物，通过核磁和质谱等手段确证了它们的结构；测试了它们的PTPIB的体外酶抑制活性和选择性，得到两个高效低毒的新型 PTP1B 抑制剂 23 和 J17，其中23具有较好的选择性；研究了活性化合物23对棕榈酸（PA）诱导的肝脏胰岛素抵抗细胞中胰岛素通路的影响，发现它可以缓解PA引起的胰岛素通路抵抗；在体内，23能缓解高糖诱导的肝损伤；并研究了活性化合物23在体内的药代动力学性质，发现23口服时具有中等的生物利用，并可能存在肝肠循环；对于化合物J17,发现其可以通过炎症通路缓解高糖引起的心损伤和肾损伤；研究了烯丙基查尔酮化合物和PTPIB抑制活性之间定性和定量的构效关系；利用计算机辅助分子对接技术和动力学模拟研究了烯丙基查尔酮抑制剂23与 PTP1B 蛋白的结合模式，发现23与PTPIB会促使了小分子构象与PTPIB的WPD loop的构象变化，从而使得PTP1B丧失了催化能力。总之，我们已在分子层面、细胞层面及动物层面上，验证了化合物 23作为 PTPIB 抑制剂调节胰岛素通路和缓解糖尿病肾病的活性。虽然化合物23和J17对类似蛋白Tc-PTP酶的选择性依然还不够高，但在细胞和动物药理药效上具有非常好的抗糖尿病效果，基本达到了本项目当初的设想。