选择性PTP1B抑制剂的设计、合成、筛选和降血糖活性研究

As a negative regulator in both insulin and leptin signaling, Protein tyrosine phosphatase 1B (PTP1B) has become a promising drug target for the treatment of type 2 diabetes and obesity since its discovery 27 years ago. Some efficient PTP1B inhibitors had been reported successively in the last decade. Howerver，only two PTP1B inhibitors had entered clinical research and were stopped further development due to their toxic and side effects. Selectivity has become one of the most challenging aspects for PTP1B inhibitors as anti-diabetic drugs.. Based on active nature products, a serie of uncharged catechol derivatives were identified as PTP1B inhibitors by targeting Ala27 through structure-based strategy and computer-aided molecular design. Inhibitory acitvities and selectivities were identified by PTP1B and TCPTP inhibitory assay in our own laboratory. The influence and mechanism of selectivity PTP1B inhibitors on glucose absorption function of tissues and rats with insulin resistance were also studied. This study will contribute to a comprehensive understanding of the structure and function of PTP1B, which would be important for the development of anti-diabetic drugs targeted PTP1B.

自发现至今，PTP1B一直被作为治疗2型糖尿病的潜在分子靶点，已有很多高效的PTP1B抑制剂被陆续报道，细胞实验也显示了积极的治疗前景。但是由于缺乏选择性，至今只有两个化合物进入临床阶段，且都因毒副作用而停止后续研究。选择性成为PTP1B抑制剂类抗糖尿病药物研发的瓶颈。. 本项目拟靶向识别位点Ala27，以天然产物为先导，利用基于结构的药物分子设计和计算机辅助分子设计，进行分子骨架构建和选择性基团的添加。采用实验室构建完成的PTP1B和TCPTP活性筛选模型，对设计合成的溴酚化合物进行活性筛选和选择性测定。研究所获得的高选择性PTP1B抑制剂对胰岛素靶向组织糖吸收的影响, 以及对胰岛素抵抗大鼠糖代谢和胰岛素敏感性的影响，并揭示其作用的分子机制。本研究将有助于全面认识PTP1B的结构与功能，对发展靶向PTP1B的抗2型糖尿病药物具有重要价值。

PTP1B酶是治疗2型糖尿病的潜在分子靶点，已有很多高效的PTP1B抑制剂被陆续报道，细胞实验也显示了积极的治疗前景。但是由于缺乏选择性，至今只有两个化合物进入临床阶段，且都因毒副作用而停止后续研究。选择性低、毒副作用大成为PTP1B抑制剂类抗糖尿病药物的研发瓶颈，.针对这一瓶颈，本项目靶向识别位点Ala27，以天然产物为先导，利用基于结构的药物分子设计和计算机辅助分子设计，进行分子骨架构建和选择性基团的添加，获得全新结构的海洋溴酚衍生物。采用实验室构建完成的PTP1B和TCPTP活性筛选模型，对设计合成的溴酚化合物进行活性筛选和选择性测定。评价所获得的选择性PTP1B抑制剂在小鼠体内的安全性，并研究其对胰岛素抵抗大鼠脂代谢、胰岛素敏感性、以及胰岛素靶向组织糖吸收的影响。.本项目突破PTP1B抑制剂研发的瓶颈，获得1个高PTP1B抑制活性（190 nM）、高PTPs选择性（20-200倍）的新型海洋溴酚类降血糖“潜药”分子LXQ-46。SPR等分子水平研究发现，LXQ-46能够竞争PTP1B的底物结合于PTP1B的催化口袋，并能够与PTP1B的活性中心的5个氨基酸形成氢键，具有较强结合作用力。细胞水平通路研究发现，LXQ-46能够以剂量依赖性的方式显著上调IRβ、IRS1、JAK和STAT的酪氨酸磷酸化水平，提高胰岛素信号通路和瘦素信号通路的活性。动物水平降血糖实验显示，LXQ-46能够显著降低糖尿病小鼠的空腹血糖，效果与一线药物二甲双胍相当，且药效提前两周。OGTT和ITT实验结果显示，LXQ-46能够显著改善BKS db小鼠的葡萄糖耐量，提高机体对葡萄糖的清除能力，显著降低BKS db小鼠的胰岛素抵抗，提高糖尿病小鼠对胰岛素的敏感性。小鼠的急性毒性和累积毒性结果显示，实验期间没有观察到小鼠死亡，小鼠状态、体重、行为及内脏组织形态均未出现显著变化，说明LXQ-46在小鼠体内具有良好的安全性。.作为一种新型的PTP1B抑制剂，LXQ-46具备酶活特异性、细胞膜可透性以及安全性三大优势，克服了现有 PTP1B 抑制剂的研发瓶颈。因此，我们认为LXQ-46作为一种以PTP1B为靶点的具有抗糖尿病潜力的 “潜药”分子，具有进一步开发的前景。