蛋白酪氨酸磷酸酶1B(PTP1B)抑制劑的研究進展

楊猛 ， 高天虹

(青島科技大學 化工學院 ， 山東 青島266042)

摘要：2型糖尿病是一種代謝綜合癥，其特點是胰島素抵抗、高胰島素血癥、高血糖。研究表明，蛋白酪氨酸磷酸酶1B(PTP1B)是胰島素轉(zhuǎn)導(dǎo)信號的負調(diào)節(jié)因子，已經(jīng)是治療2型糖尿病和肥胖癥的一個新的靶點。PTP1B抑制劑能夠有效地治療2型糖尿病和肥胖癥。本文綜述了近年來PTP1B抑制劑的研究進展。

關(guān)鍵詞：2型糖尿病 ； 蛋白酪氨酸磷酸酶1B ； PTP1B抑制劑

中圖分類號：TQ463文獻標識碼：A

收稿日期：2014-11-25

基金項目：國家自然科學基金(41206066)

作者簡介：楊猛(1988-)，男，化學工程與技術(shù)專業(yè)，碩士研究生，研究方向：有機合成，郵箱：qwyangmeng@qq.com，電話：15762288509。

Research Progress on Inhibitors of Protein Tyrosine Phosphatase 1B(PTP1B)

YANG Meng , GAO Tianhong

(College of Chemical Engineering , Qingdao University of Science & Technology , Qingdao266042 , China)

Abstract:Type 2 diabetes is a metabolic syndrome,which character is insulin resistance,hyperinsulinemia and hyperglycemia.Protein tyrosine phosphatase 1 B(PTP1B),a negative regulator of insulin signal transduction,is a new target for type 2 diabetes and obesity drug discovering.PTP1B inhibitors can effectively treat type 2 diabetes and obesity.This paper summarizes the research progress of PTP1B inhibitors in recent years.

Key words:type 2 diabetes ; protein tyrosine phosphatase 1B ; PTP1B inhibitors

隨著人們生活水平的提高，糖尿病患者的數(shù)量不斷增加。而糖尿病也已與心血管疾病、癌癥一起成為人類的三大殺手。糖尿病的發(fā)病原因復(fù)雜，一般是由于遺傳和環(huán)境因素(如肥胖、年齡、現(xiàn)代生活方式等)相互作用而引起的。其典型的癥狀為三多一少，即多尿、多飲、多食和消瘦。一般將糖尿病分為1型和2型兩種，而2型糖尿病存在著不典型癥狀，如頭暈乏力等。1型糖尿病是一種胰島素依賴性糖尿病，發(fā)病率相對2型較低，僅占糖尿病患者總?cè)藬?shù)的5%左右，而2型糖尿病是一種非胰島素依賴性糖尿病，其發(fā)病率比1型高，約占糖尿病患者總?cè)藬?shù)的95%。

現(xiàn)代社會，肥胖成為了一種疾病。久坐不動及高能量的飲食，是肥胖患者數(shù)量急劇增加的主要原因。讓人擔憂的是兒童肥胖率也在急劇增加[1]。而在肥胖人群中，2型糖尿病的發(fā)病率遠大于非肥胖人群，已經(jīng)有證據(jù)表明，肥胖與2型糖尿病之間有著密切關(guān)聯(lián)[2]。

胰島素抵抗是2型糖尿病的一個標志。它的特點是骨骼肌攝取葡萄糖能力降低且體內(nèi)肝糖原的異化受阻。最近公布的數(shù)據(jù)表明，高胰島素血癥是飲食引起的肥胖和胰島素抵抗的一個主要原因[3]。由于骨骼肌攝取葡萄糖能力降低且體內(nèi)肝糖原的異化作用受阻，從而引起2型糖尿病的發(fā)生。

蛋白酪氨酸磷酸化是細胞內(nèi)翻譯后修飾的主要方式，是調(diào)節(jié)信號傳導(dǎo)的主要手段。在細胞內(nèi)，酪氨酸磷酸化是一個動力學可逆過程，該過程受到一對相反的酶即蛋白酪氨酸激酶(PTKs)和蛋白酪氨酸酶(PTPs)的調(diào)節(jié)。其中PTKs是催化酪氨酸的磷酸化過程，而PTPs控制著酪氨酸的去磷酸化過程。

PKPs與PTPs共同維持著蛋白酪氨酸磷酸化平衡。PTP1B是第一個從人體細胞中分離鑒別出來的PTPs家族成員。它能夠?qū)Ｒ坏厮獾鞍踪|(zhì)中磷酸化的酪氨酸上的磷酸基團，在胰島素信號傳遞中起負調(diào)節(jié)作用。當PTP1B過量表達則會影響PKPs的活性，使胰島素受體無法與胰島素結(jié)合，從而引起胰島素抵抗，進而導(dǎo)致2型糖尿病的發(fā)生[4]。

有研究表明PTP1B與2型糖尿病和肥胖癥的發(fā)生有密切的關(guān)系。1990年，Cicirelli等[5]向爪蟾卵母細胞中注射了微量PTP1B，卵母細胞中胰島素對S6肽的磷酸化作用受阻，并阻礙了胰島素對卵母細胞促成熟作用。有科學家從遺傳學角度對其進行了研究，對小鼠進行PTP1B基因敲除，結(jié)果與正常小鼠相比，PTP1B基因敲除的小鼠對胰島素的敏感性明顯增強，靶細胞肝臟及肌肉中的胰島素受體磷酸化水平增加[6]，并能抵抗體重的增加。以上研究均表明，PTP1B是治療2型糖尿病的和肥胖癥的新靶點，通過PTP1B抑制劑來抑制PTP1B的活性，從而有效地治療2型糖尿病和肥胖癥。因此，尋找和開發(fā)新型PTP1B抑制劑將具有廣闊的應(yīng)用前景。

1查爾酮衍生物類PTP1B抑制劑

查爾酮的化學結(jié)構(gòu)為1,3-二苯基丙烯酮，是合成許多天然化合物的有機中間體，以其為母體的天然化合物廣泛存在于自然界中。由于其分子結(jié)構(gòu)具有較大柔性，能與多種不同的受體結(jié)合，因此具有較廣泛的生理活性，包括抗菌、抗氧化、抗癌、抗炎等。許多查爾酮化合物已被證實對PTP1B具有良好的抑制活性。

孫良鵬等[7]以不同取代基的苯乙酮為底物，經(jīng)過Claisen-Schmidt反應(yīng)，合成(E)-1-苯基-3-(4-甲基苯基)-2-丙烯-1-酮(2a-2n)，在AIBN作用下，與NBS反應(yīng)得到(E)-3-(4-溴甲基苯基)-1-苯基-2-丙烯-1-酮(3a-3n)，最后與3,4-二氫-2(1H)-喹啉酮發(fā)生縮合反應(yīng)生成目標產(chǎn)物4a-4n(如圖1所示)。

圖1　合成反應(yīng)方程式

圖1中：4a，R=2-F；4b，R=4-F；4c，R=2-Cl；4d，R=3-Cl；4e，R=4-Cl；4f，R=2,4-Cl2；4g，R=4-NO2；4h，R=2-Br；4i，R=3-Br；4j，R=4-Br；4k，R=H；4l，R=3-OCH3；4m，R=4-OCH3；4n，R=4-OCH2OCH3。

反應(yīng)條件：(a)4-甲基苯甲醛，乙醇，10% KOH，常溫；(b)NBS，CCl4，AlBN，hv，2h；(c)6-羥基-3，4-二氫喹啉-2(1H)-酮，碳酸鉀，丙酮，回流4 h。

研究人員對這14中化合物進行了PTP1B抑制活性的測定。結(jié)果表明，這些化合物均對PTP1B表現(xiàn)出較強的抑制活性。其中(E)-6-{4-[3-(4-氯苯基)-3-氧代-1-丙烯基]卞氧基}-3,4-二氫-2(1H)喹啉酮(4e)和(E)-6-{4-[3-(4-溴苯基)-3-氧代-1-丙烯基]卞氧基}-3,4-二氫-2(1H)喹啉酮(4i)的活性最為顯著，IC50分別是(4.64±0.38)μmol/L和(4.36±0.41)μmol/L。

2二吲哚酮衍生物類PTP1B抑制劑

二吲哚酮衍生物是一類新型抗腫瘤藥物，是一類腫瘤血管生成抑制劑。有研究表明其對PTP1B具有較好的抑制效果。

Hou等[8]通過高通量篩選，確定出了3-取代的吲哚啉-2-酮(見圖2化合物5)具有較弱的PTP1B抑制活性(在20 LG/mL條件下抑制率為14%)。但當引入呋喃基團后，其抑制活性在相同濃度條件下提高55%。當在引入一個二氫吲哚，其抑制率提高到75%。以此為基礎(chǔ)，對其進行研究，合成出一系列的新型化合物，其中化合物6a、7a的IC50值約為2.8、2.3 μmol/L。

6a：R 1=H，R 2=Br　　7a：R 1=Cl，R 2=Cl

3溴苯酚衍生物類PTP1B抑制劑

史大永等[9]首次將溴酚類化合物作為PTP1B抑制劑進行了研究。對幾十種海洋生物化學成分進行了分析，并對其成分進行分離。得到了源于紅藻松節(jié)藻和褐藻小黏膜藻的三種溴酚類化合物，發(fā)現(xiàn)其對PTP1B具有較好的抑制活性。

他們利用95%的乙醇對松節(jié)藻和小黏膜藻樣品進行提取，對提取物進行Sephadex LH-20色譜及HPLC分離，得到3,4-二溴-5(甲氧基甲基)-1,2-二苯酚和2-甲基-3-(2,3-二溴-4,5-二羥基)苯丙醛及3-(2,3-二溴-4,5-二羥基苯)-4-溴-5,6-二羥基-1,3-二氫異苯并呋喃。并對其對PTP1B抑制活性進行了研究，得到其IC50值分別為3.4、4.5、2.8 μmol/L。

Li等[10]通過對紅藻松節(jié)藻提取物進行分析，得到溴酚類化合物雙-(2,3-二溴-4,5-二羥基苯基)-甲烷(如圖3a所示)，并對其進行了化學全合成，成功得到此化合物。研究發(fā)現(xiàn)此化合物表現(xiàn)出較高的PTP1B抑制活性，IC50值達到2.4 μmol/L。

Jiang等[11]在以此為基礎(chǔ)，進一步研究，合成出一系列新型的溴酚類PTP1B抑制劑，其中化合物3,4-二溴-5-(2-溴-3,4-二羥基-6-(異丁氧基甲基)芐基)苯-1,2-二醇(如圖3b所示)表現(xiàn)出較好抑制活性，其IC50值為1.5 mmol/L。

圖3　化合物結(jié)構(gòu)式

4亞芳基丙二腈衍生物類PTP1B抑制劑

Girdhar Singh Deora等[12合成出了一系列的亞芳基丙二腈類化合物，發(fā)現(xiàn)其對PTP1B具有一定的抑制作用。通過計算機模擬了其對接位點，并研究了這些化合物作用于L6肌細胞后對葡萄糖攝取率的影響。其分子對接試驗表明，化合物6b(見圖4)芳基亞甲基—丙二腈基與PTP1B催化位點相互作用。

合成出的亞芳基丙二腈類化合物中，化合物6b的PTP1B抑制率最高，達到54.6%。而化合物7b的抑制率達到50%，且作用與L6肌細胞后，細胞對葡萄糖的攝取率達到最高38.5%。以上研究表明，亞芳基丙二腈衍生物能夠?qū)TP1B產(chǎn)生抑制作用，是一類潛在的非羧基類的PTP1B抑制劑。

6b：R=H　　7b：R=2-MeO

5三芳基磺酰胺衍生物類PTP1B抑制劑

Li 等[13]報道了一系列的α，α-二氟-β-酮基膦酸酯類PTP1B抑制劑。其中磺酰胺類化合物1(圖5)表現(xiàn)出較好的PTP1B抑制活性，IC50為12 μmol/L。對化合物1進一步修飾研究，發(fā)現(xiàn)化合物8，其IC50值為7 μmol/L[14]?；衔?和9都是以磺胺為骨架。因此，克里斯托弗等人繼續(xù)以磺胺基團為骨架，對化合物進行修飾，在修飾后得到的大批化合物中發(fā)現(xiàn)許多對PTP1B具有較好抑制活性的化合物，這些化合物都是以三芳基磺胺基團為骨架，如化合物10，其IC50值為0.074 μmol/L。

研究人員發(fā)現(xiàn)，化合物的R1位置結(jié)構(gòu)的改變，對PTP1B抑制活性影響較大[15]。經(jīng)過一系列的實驗，在大批量的化合物中得到了兩種化合物11和12，它們對PTP1B的抑制活性較好，其IC50值分別為9 nmol/L和11 nmol/L。

6含吡啶結(jié)構(gòu)的氮雜卓類PTP1B抑制劑

含吡啶結(jié)構(gòu)的氮雜卓類生物堿因具有獨特的結(jié)構(gòu)和生物活性而備受人們關(guān)注。曾向潮等[16]曾合成出6,7-二氫- 1H,5H-吡咯并[2，3-c]氮雜卓-4，8-二酮，并對其進行研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，其對與糖尿病有關(guān)的酶(α-葡萄糖苷酶)的活性具有顯著地抑制作用，其IC50值為48 μmol/L。為了進一步研究6,7-二氫- 1H,5H-吡咯并[2，3-c]氮雜卓-4，8-二酮與α-葡萄糖苷酶的關(guān)系，曾向潮等[18]又合成出一系列的6,7-二氫- 1H,5H-吡咯并[2，3-c]氮雜卓-4，8-二酮的1-烷基化衍生物，其中化合物30的IC50值為39 μmol/L。

圖5　三芳基磺酰胺衍生物類PTP1B抑制劑

Xie等[19]對含吡啶結(jié)構(gòu)的氮雜卓類化合物與蛋白酪氨酸磷酸酶1B(PTP1B)的關(guān)系進行了研究，結(jié)果表明，其對PTP1B具有抑制作用。Xie等人利用化學合成的方法合成出含吡啶結(jié)構(gòu)的氮雜卓化合物13，14(如圖6所示)。并對化合物13和14進行修飾，得到一系列的吡咯并[2，3-c]氮雜卓衍生物，并對它們的PTP1B的抑制活性進行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這一系列的化合物對PTP1B均有較顯著的抑制作用。其中化合物15的IC50值達到13.92 μmol/L。

圖6　化合物13、14結(jié)構(gòu)圖

7丙二酸類PTP1B抑制劑

丙二酸類PTP1B抑制劑是指根據(jù)化合物中的丙二酸基團模擬PTyr分子(PTyr磷酸酪氨酸是PTP1B去磷酸化作用的底物)中的磷酸酯而設(shè)計合成出的一系列的含有丙二酸基團的，具有PTP1B抑制活性的化合物。

杜欣等[19]利用丙二酸基團來模擬磷酸根，以9H-咔唑為起始原料，引入能夠調(diào)節(jié)分子極性和脂溶性的雙芳基團，合成了一系列的丙二酸類PTyr模擬物，并對其PTP1B的抑制活性進行了研究。結(jié)果表明，大多數(shù)化合物表現(xiàn)出顯著的PTP1B抑制活性。其中化合物,16和17的抑制活性最好，其IC50值分別是7.66 μmol/L和1.88 μmol/L。

圖7　化合物16、17結(jié)構(gòu)圖

隨著人們對蛋白酪氨酸磷酸酶1B(PTP1B)不斷地深入研究，將會有更多種類的PTP1B抑制劑被發(fā)現(xiàn)。這些PTP1B抑制劑的活性及毒副作用也將成為研究的重點，而發(fā)現(xiàn)活性高，毒副作用小的新型抑制劑。由于2型糖尿病患者人數(shù)仍在增長，作用于2型糖尿病新靶點的蛋白酪氨酸磷酸酶1B(PTP1B)抑制劑將具有更加廣闊的應(yīng)用前景。

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