基于胰高血糖素样肽-1(GLP-1)类似物的口服型糖尿病药物的研究

Glucagon-like peptide-1 (GLP-1) is a gastrointestinal hormone that promotes insulin secretion,inhibits stomach emptying and food intake. More importantly, unlike other insulin-based drugs, GLP-1's activity depends on the glucose level, therefore avoiding side effects such as hypoglycemia and weigh gain. GLP-1-based GLP-1R agonists are a class of important anti-diabetic drugs which has incurred extensive research in this field. However, the intrinsic peptidic structure of GLP-1 renders poor bioavailability and permeability and has become a major hurdle in desiging orally available drugs based on GLP-1. In this proposal, we intend to utilize tGLP-1, a recently discovered GLP-1 fragment with only 11 amino acid, for the development of novel GLP-1 analogs that can permeate cell membranes via active trasport by incorporateing structure motifs recognized by cell. In addition, by designing chemical linkers cleavable enzymatically in vivo, native, unmodified tGLP-1 peptide can be released after crossing cell membrane to exerting GLP-1's full insulinotropic effect in regulating glucose homeostasis. In a second approach, we propose to prepare cyclic GLP-1 peptides to improve the corresponding membrane permeability with a macrocylic structure. Analogously, these cyclic GLP-1 peptides can also be cleaved by enzymes in vivo to release fully functional tGLP-1. The proposed research is expected to provide a novel avenue towards the discovery of orally available anti-diabetes drugs based on GLP-1 peptide.

胰高血糖素样肽-1(GLP-1)具有促进胰岛素分泌，抑制胃排空和进食欲望等促进血糖代谢的生物活性；尤为重要的是，和胰岛素药物不同，GLP-1活性和血糖浓度相关，避免了胰岛素引起的低血糖，体重增加等副作用。因此基于GLP-1类似物的受体GLP-1R激动剂已经成为当今糖尿病药物研究的重要领域。然而，GLP-1的多肽结构使得该类化合物无法成为口服药物，成为GLP-1药物研发中的难题。本项目以仅有11个氨基酸的tGLP-1为基础，设计新颖的前体药物，引入特殊分子结构，利用细胞膜的主动运输系统增强tGLP-1的通透性；更重要的是，通过引入可裂解的连接基团，从而在天然蛋白酶的作用下在通过细胞膜后，释放出具有完整激动活性的tGLP-1，产生对糖尿病的治疗效用。本项目还将合成一系列大环tGLP-1衍生物，利用大环结构增强tGLP-1通透性，从另一个角度为可口服的GLP-1糖尿病药物的研发提供新颖的探索途径

胰高血糖素样肽-1(GLP-1)具有促进胰岛素分泌，抑制胃排空和进食欲望等促进血糖代谢的生物活性，和胰岛素药物不同，GLP-1活性和血糖浓度相关，避免了胰岛素引起的低血糖，体重增加等副作用。因此基于GLP-1类似物的受体GLP-1R 激动剂已经成为当今糖尿病药物研究的重要领域。然而，GLP-1的多肽结构使得该类化合物无法成为口服药物，成为GLP-1药物研发中的难题。另一方面，以完全非多肽的小分子化合物结构进行GLP-1激动剂的设计也有着非常大的困难性。本项目以短肽tGLP-1为基础，设计新颖的前体药物，引入特殊分子结构，以图利用细胞膜的主动运输系统增强tGLP-1的通透性，通过引入可裂解的连接基团，在天然蛋白酶的作用下在通过细胞膜后，释放出具有完整激动活性的 tGLP-1，产生对糖尿病的治疗效用。本项目还合成了化学多样性大环tGLP-1分子库，从另一个方面增强tGLP-1 通透性，为可口服的GLP-1 糖尿病药物的研发提供新颖的探索途径。本项目的研究成果主要体现在三个方面：1）发展了一系列DNA编码的多肽分子库合成和筛选方法，能够较为高效地建立化学多样性的线性和环状多肽分子库，并进行在活细胞环境下的高通量筛选。该分子库合成和筛选方法有普适性，为发现GLP-1R和其它膜蛋白的拮抗剂和激动剂提供了一种有力的手段。尤其是基于活细胞的筛选方法，当今在本领域中尚未有其它类似的方法被报道。2)本项目共合成了包含有200,000个多肽的分子库，包含丰富的化学多样性，在对GLP-1R的筛选，发现了一系列GLP-1R的拮抗剂和激动剂。其中获得的最优的激动剂的IC50为120nM。3）所发现的GLP-1R激动剂具有良好的细胞通透性，为被发展成为GLP-1口服糖尿病药物提供了良好的起点。4）通过引入特殊分子结构来利用主动运输系统促进多肽分子的透膜性有很大局限性，反而多肽成环对透膜性的提高大有助益。综上所述，本项目的研究发现了多种结构新颖的GLP-1R激动剂，具有良好的细胞透膜性。该透膜性主要来源于其环肽结构，而并非原本设计的基于主动运输系统的诱导结构。这些GLP-1R激动剂将为新型基于GLP-1的口服药物提供了新的机遇，在糖尿病药物研发中有着重要意义。另一方面，这些GLP-1R激动剂在活细胞体系中显示了良好活性，但是在动物体内的活性与细胞层面仍然存在着较大的差异，亟待将来进一步的深入研究