基于NDB为探针的核受体FXR调控肝糖异生新信号通路的发现

It is a promising therapeutic strategy against type 2 diabetes (T2DM) to improve hyperglycaemia by inhibition of gluconeogenesis in the liver through regulating the relevant pathways. The regulation pathways for hepatic gluconeogenesis are complex. Despite the discovery that farnesoid X receptor (FXR) can suppress hepatic gluconeogenesis through several SHP or GR related signal pathways, FXR-involved regulation mechanism against gluconeogenesis is still unclear. From 2008 to 2011, we implemented the key project of the NSFC major research plan, entitled "Exploration of new insulin sensitization signal pathways based on the active natural product LX0278 as a probe” (90713046), and found that FXR regulates GLUT4 expression by direct interaction with GLUT4 gene promoter. At the same time, we also determined that similar to the case for FXR agonist, the discovered selective small molecule antagonist NDB of FXR can also effectively restrain hepatic gluconeogenesis. Moreover, the analyzed crystal structure of FXR-LBD/NDB complex firstly revealed the antagonistic mechanism of NDB against FXR, and implied that NDB may induce FXR to regulate hepatic gluconeogenesis via new signal pathways. Therefore, the study on the new signaling pathways for the regulation of FXR against hepatic gluconeogenesis and the discovery of new anti-T2DM drug lead compound based on these new determined pathways will exhibit potent scientific and practical values.

通过调控糖异生途径抑制肝糖异生过程以降低血糖是治疗2型糖尿病（T2DM）的重要策略。肝糖异生调控通路复杂，尽管研究发现法尼醇X受体（FXR）可通过SHP或GR等通路抑制糖异生，但FXR调控糖异生机制依然不十分清楚。2008-2011年，我们在实施基金委重大研究计划重点项目“基于天然活性分子LX0278为探针的胰岛素增敏新信号通路的发现”（90713046）研究中，发现FXR作用GLUT4启动子调节GLUT4表达，同时还发现与FXR激动剂相同，设计获得的FXR选择性小分子拮抗剂NDB也能有效抑制肝糖异生。随后解析的FXR-LBD/NDB复合物晶体结构首次揭示了NDB对FXR的拮抗机制，并提出NDB可能诱导FXR采用新的通路调控糖异生途径。因此，以NDB为探针开展“FXR调控肝糖异生新信号通路的发现”研究，并在此基础上发现具有新作用机制的抗T2DM药物先导化合物，具有重要的科学和实用价值。

2008-2011年间, 在实施基金委重大研究计划重点项目“基于天然活性分子LX0278为探针的胰岛素增敏新信号通路的发现”（90713046）研究中, 我们发现核受体FXR可作用GLUT4启动子以调节GLUT4的表达，同时还发现与FXR激动剂作用功能相同，FXR拮抗剂NDB也能有效抑制肝糖异生。由此我们提出FXR拮抗剂可能通过不同于FXR激动剂的方式诱导FXR并采用新的通路调控糖异生途径。因此，我们提出了以NDB 为探针开展“FXR调控糖异生新信号通路的发现”研究课题，并在此基础上设计筛选具有新作用机制的抗2型糖尿病（T2DM）药物先导化合物。本课题研究内容主要包括，运用蛋白质-蛋白质相互作用以及相应生物信息学分析方法，探索与FXR相关的蛋白质－蛋白质相互作用网络或通路，再利用分子细胞生物学、蛋白质组学以及生物物理和结构生物学等技术，在分子细胞和动物水平上对通路进行功能确证，同时选择上述发现的通路上的关键蛋白为靶点，开展相应的药物设计、化学合成和药理验证等学科交叉研究，发现新型抗T2DM药物先导化合物。课题实施过程中，我们发现FXR拮抗剂可诱导FXR以调控PGC1/PPAR/FoxO1通路以进一步调节糖异生过程的2个重要靶基因（G6Pase, PEPCK），并且通路中所涉及的关键靶蛋白被蛋白质组学、分子细胞和动物实验研究结果所验证。此外，我们针对发现的通路中的一些重要蛋白（如PGC1，FoxO1等）为靶点，并以NDB为结构骨架开展了化合物结构改造及相应的构效关系研究，计合成了109个化合物，通过分子细胞及动物水平验证，发现化合物FXR-218针对db/db糖尿病小鼠具有很好的降血糖效果，可作为新一代抗T2DM药物先导化合物。通过调控糖异生途径抑制肝糖异生过程以降低血糖是治疗T2DM的重要策略。肝糖异生调控通路复杂，尽管研究发现FXR可通过SHP或GR等通路抑制糖异生, 但FXR调控糖异生机制依然不十分清楚。本课题以发现的FXR拮抗剂NDB为探针开展了FXR调控糖异生新信号通路探索研究，发现了FXR拮抗剂可以调节FXR/PGC1/PPAR/FoxO1通路以进一步调控糖异生过程，所取得的研究成果不仅为肝糖异生病理机制的进一步阐明提供了新的思路，而且为基于核受体FXR为靶点的抗T2DM药物设计提供了新的研究策略。因此，本课题研究具有重要的科学意义和实用价值。