PPARγ变构激动剂的位点发现及其特异性调控PPARγ的机制研究

Although thiazolidinedidones (TZD), as peroxisome proliferator-activated receptor gamma (PPARγ) classic agonists, have long been used as antidiabetics, they have been decommissioned or limited because of undesirable side effects. Recently we have found a new PPARγ allosteric lead agonist - Bavachinin (BVC). BVC binds to PPARγ in a unique mode, resulting in a special conformational change, defferential cofactor recruitment, and finally distinct biological responses. Compared to TZD, BVC improves glucose and lipid disorders without inducing weight gain, hepatotoxicity, and nephrotoxicity in mice and monkey models; TZD binds to the classic active sites in PPARγ by mimicking endogenous ligands, while BVC occupies a novel allsoteric site; and then BVC can synergise with TZD to induce PPARγ transcriptional activity, as well as to lower glucose levels and to alleviate side effects induced by TZD. The further research based on these important findings includes identifying the exact allosteric binding sites and key residues of BVC in PPARγ, and finding out the molecular mechanism of synergism between BVC and TZD, and then discovering potent and safer allosteric agonists. This study not only provides new insights into the mechanism of allosteric agonists selectively regulating PPARγ , but also provides a new promising therapeutic approach for the the treatment of metabolic disorders.

虽然PPARγ经典激动剂-噻唑烷二酮类化合物（TZD）是近些年曾被广泛使用的一类抗II型糖尿病药物，但是其在毒副作用的影响下逐渐被淘汰或者严格限制使用。最近，我们发现一个新的天然PPARγ变构激动剂-补骨脂二氢黄酮甲醚（BVC）可以独特的模式与PPARγ结合导致蛋白构象发生特异性变化，进而召集特异性共辅助因子，最终表现出特殊的药理活性。即，与TZD不同，BVC发挥抗糖尿病活性的同时未引起体重增加和肝肾毒性等副作用；不同于TZD占据的经典位点，BVC可结合PPARγ的全新变构位点；进而表现为BVC协同RSG增强PPARγ的转录活性和降糖效果，同时还可缓解TZD毒副作用的发生。本课题将以这些重要发现为基础，识别BVC在PPARγ中的变构位点，阐明BVC协同TZD的机制，发现优质BVC类变构激动剂。这些工作不仅揭示选择性变构调控PPARγ的新方向，并且可望为抗代谢性疾病新药的研发提供新思路。

糖尿病患病率逐年上升，已成为全球非传染性疾病中最具流行性的疾病。配体激活过氧化物酶体增殖物活化受体γ（Peroxisome proliferator activated receptor γ，PPARγ）为调控糖脂代谢的重要途径之一，其经典正构激动剂-噻唑烷二酮类（Thiazolidinedione，TZD）为近些年广泛使用的一类治疗II型糖尿病的胰岛素增敏型药物。但随着临床的大量应用，这类药物在毒副作用的影响下逐渐被淘汰或者严格限制使用。为了缓解其毒副作用的发生，研究者做了一系列尝试，包括部分激动剂的发现，和其他抗糖尿病药物的联用等，但是目前为止，尚未有一种有效方式可以保留TZD活性的同时去其毒性。我们发现一个天然的PPARγ变构激动剂先导化合物-补骨脂二氢黄酮甲醚（BVC），可以有效改善多个小鼠模型糖脂代谢情况，而且与TZD相比，BVC体内并未引起类似TZD的副作用。更有趣的是，我们发现体外BVC可协同增强TZD诱导PPARγ转录活性；体内可协同增强TZD的降糖效果，并可同时缓解了TZD不良反应的发生，如体重增加、骨丢失和肝毒性。随后，我们利用结构生物学技术发现BVC与TZD可共结合在PPARγ Y型空腔中，其中BVC占据TZD右上方由Helix 3、Helix 5、β-strand 3以及Loop 7构成的口袋。同时，结合生物化学手段验证：位于Helix 5上的Met329和Ser332周围的变构热区介导了BVC触发的与TZD药物的协同效应。基于该变构热区，我们还筛选发现了一系列新型的变构激动剂，而且其还都同时保留了与TZD的协同效应。这些工作不仅揭示选择性变构调控PPARγ的新方向，并且可望为抗代谢性疾病新药的研发提供新思路。