IOCAS-IR
靶向PTP1B海洋溴代化合物的降糖作用研究
罗娇
第一作者单位中国科学院海洋研究所
学位类型博士
2018-05-09
学位授予单位中国科学院大学
学位授予地点中国科学院海洋研究所
学位名称理学博士
关键词海洋溴代化合物,ptp1b抑制剂,选择性,膜通透性,降糖作用
摘要

    蛋白酪氨酸磷酸酶1B (PTP1B)是胰岛素信号通路的负调节因子,将胰岛素受体(IR)的β亚基的酪氨酸脱磷酸化。目前是公认的2型糖尿病药物靶点。到目前为止还未有PTP1B抑制剂类药物上市,仅有七个进入临床研究的PTP1B抑制剂(目前在研的只剩三个)。阻碍PTP1B抑制剂类药物发展的绊脚石主要有三个方面:选择性、膜通透性和生物口服可利用度。
    海洋生物生存环境特殊,使得它们拥有与陆地生物不同的基因组及代谢规律,可产生结构与活性独特的天然产物,是先导化合物发现以及创新药物开发潜力最大的资源。
    3-溴-4,5-二-(2,3-二溴-4,5-二羟基苄)-1,2-苯二酚(BDB)是从海洋红藻松节藻中分离出来的天然溴酚化合物。本研究采用多种方法确证了BDB的靶点就是PTP1B。BDB对PTP1B酶活性的半数抑制浓度(IC50)为1.21 μM,是一个抑制能力良好的小分子。酶动力学结果显示BDB竞争性的结合于PTP1B的活性位点。Biacre SPR分子互作实验表明BDB对PTP1B的亲和力为2.5 μM,属于亲和力较强的小分子抑制剂。更重要的是,本研究发现BDB是一个PTP1B特异性抑制剂,对PTP家族其他蛋白的选择性大于22倍。
    分子对接的结果显示,BDB可以像一个楔子一样结合到PTP1B的催化口袋中,形成7个氢键。此外,BDB的结合有可能阻碍WPD loop的闭合,维持PTP1B的开放构像。此外,通过利用多个BDB的结构类似物和PTP1B的分子互作实验,发现BDB的酚羟基和苄基位苯环上的3位溴原子对维持结合、解离的速率及复合体的稳定性非常重要。
    BDB的理论脂水分布系数为6.94,表明BDB更倾向于分布在疏水环境而不是亲水环境,因此有可能穿过细胞膜。本研究利用高效液相色谱(HPLC)分析确认了BDB的细胞膜可通透性,透过率约为13%。接下来本研究检测了透过细胞膜的BDB能否发挥其对PTP1B蛋白的活性抑制。细胞实验显示BDB以浓度依赖的方式显著提高胰岛素信号通路的活性。而BDB对PTP1B敲减的骨骼肌细胞没有影响。 
    动物水平的药效学实验是衡量小分子抑制剂成功与否的最重要的一个标准。通过8周灌胃给药,BDB从第2周开始即可显著降低BKS db糖尿病模型鼠的空腹血糖水平。另外,糖尿病小鼠多饮及血脂紊乱的情况也得到了改善。通过口服葡萄糖耐量(OGTT)和胰岛素耐量(ITT)实验,发现BDB可以提高糖尿病小鼠对葡萄糖的耐受力和对胰岛素的敏感性。
    此外,本研究还发现BDB的作用具有组织特异性,BDB可以特异性的提高肌肉组织的胰岛素信号通路的活性,但对肝脏组织的胰岛素信号通路和对脂肪组织的瘦素信号通路没有影响。胰腺是调节机体葡萄糖稳态的重要器官。本研究发现BDB可以提高糖尿病小鼠胰岛中β/α细胞的比例,改善胰岛的结构和功能。
    总之,天然溴代化合物BDB是一个特异性PTP1B抑制剂,具有良好的细胞膜通透性和口服生物利用度,有作为抗糖尿病候选药物开发的潜力。

 

学科门类理学::生物学
语种中文
文献类型学位论文
条目标识符http://ir.qdio.ac.cn/handle/337002/154452
专题中国科学院海洋研究所
推荐引用方式
GB/T 7714
罗娇. 靶向PTP1B海洋溴代化合物的降糖作用研究[D]. 中国科学院海洋研究所. 中国科学院大学,2018.
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