基于反向虚拟筛选的新颖天然11β-HSD1抑制剂的发现与抗糖尿病活性研究

In human tissues, 11β-HSD1 catalyzes the transformation of inactive cortisone to active cortisol, which enhances the levels of active glucocorticoids to induce insulin resistance, while the inhibition of 11β-HSD1 could recover peripheral tissue insulin sensitivity, therefore, the 11β-HSD1 is regarded as the hot therapeutic target of the diabetic metabolic syndrome. The applicant has ever isolated and identified two skeletally novel alkaloids from the fungus Daldinia eschscholtzii, based on the Reverse Virtual Screening and evaluation for in vitro biological activity, compound 1 was found to show significant 11β-HSD1 inhibitory activity with structural stereoselectivity. Moreover, the co-crystallization of 1 and 11β-HSD1 protein was obtained. This program aimed at the OSMAC strategy for this fungus to gather the amounts of 1, discover more structural analogues, and search for leading compounds having significant 11β-HSD1 inhibitory activity with the aid of established activity screening methods, and we also attempted to acquire the co-crystallizations of the leading compounds and 11β-HSD1 protein to clarify their mechanisms. Furthermore, the methods of cell biology and molecular biology were adopted for the significantly active compounds to clarify the mechanisms of anti-diabetic activity via inhibiting 11β-HSD1 activity.

在人体组织内，11β-HSD1可催化无生物活性的可的松转化为有生物活性的氢化可的松，从而增强活性糖皮质激素的水平，诱导胰岛素抵抗，而抑制11β-HSD1可恢复外周组织对胰岛素的敏感性，因此11β-HSD1被视为治疗糖尿病代谢综合征的热门靶点。申请者前期从光轮层炭壳菌中分离鉴定了具有新颖骨架的生物碱1和2，借助计算机反向虚拟筛选技术，以及体外生物活性验证，发现1具有显著的11β-HSD1抑制活性，并具有结构立体选择性，而且得到1与11β-HSD1蛋白共结晶。本项目拟对该菌进行OSMAC策略培养，从中富集化合物1，以及找到更多结构类似物，并借助已建立成熟的活性筛选方法，寻找具有显著11β-HSD1抑制活性的先导化合物，并争取得到其与11β-HSD1的共结晶，阐明其作用机制。对活性显著的化合物进一步采用细胞生物学和分子生物学等方法，阐明其通过抑制11β-HSD1发挥抗糖尿病活性的作用机制。

微生物是新颖活性天然产物发现的重要源泉，对其次生代谢产物的研究已成为天然产物化学研究的热点。通过OSAMC策略，比如添加酶抑制剂和改变培养基成分、PH、温度等，可激活真菌的“沉默基因”，促使其表达产生活性天然产物，成为寻找新颖活性先导化合物的有效策略。本课题组前期对我国重要药用植物金线莲内生真菌Daldinia sp. TJ403-LS1的化学成分进行研究，并基于计算机虚拟筛选技术的靶点预测方法，首次发现了具有11β-HSD1抑制活性的新骨架生物碱分子。本项目拟通过OSMAC策略来挖掘目标菌种的化学多样性，并基于计算机虚拟筛选技术发现具有新靶点的化学分子，但在课题研究过程中，我们发现了一系列聚酮和萜类分子，充分显示该菌种的次生代谢产物的丰富多样，通过进一步活性筛选，发现了一个具有广阔研究前景的免疫抑制活性先导分子（IC50 = 60 nM）。另外，借助计算机虚拟筛选技术，我们从多种真菌中发现了具有HMG-CoA还原酶抑制活性、IKKβ抑制活性，以及PPAR-γ激动活性的新骨架萜类分子。该研究项目的实施对进一步开发新型免疫抑制剂、降脂、抗炎类药物具有很重要的意义，同时也为后期的计算机虚拟筛选技术在新颖天然产物活性作用靶点预测的应用方面具有重要的推动作用。