基于GLP-1代谢片段的新型减肥降糖多肽的分子构建及生物活性研究

Glucagon-like peptide-1 (GLP-1) is a polypeptide with weight lowering and hypoglycemic activities, but its half-life is short and weight lowering effect is limited. In this study, we focus on the biological activity assessment of GLP-1 metabolites in treatment of type 2 diabetes with obesity. The proposed project will firstly screen GLP-1 active metabolic fragments with weight lowering and hypoglycemic activities using the "sequence walk" strategy. By using novel GLP-1 fragment as a starting point, structure modification will be conducted and the enzymatic stability and biological activity tests will be carried out to explore the structure-activity relationship. The derivatives with favorable antidiabetic and antiobesity activity will then be conjugated with small molecules with strong affinity to human serum albumin to prolong the duration of action. Then, the pharmacokinetic profile, hypoglycemic and body weight lowering effects of the conjugates will be comprehensively studied to discover novel long-acting conjugates with favorable antidiabetic and antiobesity activity. It is anticipated that the completion of this project will provide an ideal lead compound for the treatment of type 2 diabetes with obesity, and in-depth study the structure-activity relationship of GLP-1 metabolites on hypoglycemic and weight lowering activities, provide a theoretical basis for the development of the new long-acting peptides to treat type 2 diabetes with obesity.

胰高血糖素样肽-1（GLP-1）是一种减肥降糖多肽，但半衰期较短，减肥作用有限。本项目着眼于GLP-1代谢片段针对肥胖2型糖尿病相关生物活性研究，拟首先采用“序列漫步”策略，筛寻具有减肥降糖双重作用的GLP-1活性代谢片段，接着对其进行结构优化和生物活性测试，通过构效关系研究筛选出减肥降糖活性较好的GLP-1活性代谢片段类似物。然后，优选片段类似物再进行长效化修饰，得到目标缀合肽。最后对缀合肽进行稳定性研究、短期给药生物活性研究以及作用机制研究，并通过长期给药来系统性评价优选缀合肽的生物活性。本项目的完成既能为肥胖2型糖尿病治疗药物的研发提供理想的先导化合物，又能通过深入研究GLP-1代谢片段减肥降糖作用的构效关系，为研发治疗肥胖2型糖尿病的新型多肽药物提供理论依据。

本项目研究的主要课题是基于GLP-1代谢片段进行具有降糖和减肥双重活性的新型GLP-1类似物的设计、合成及生物活性研究。GLP-1是小肠L细胞分泌的一种内源性降糖多肽，可血糖依赖性的促胰岛素分泌，降低糖尿病患者低血糖症的发生。但GLP-1半衰期极短，临床应用受限。此外，目前已上市或正在进行临床研发的GLP-1类药物均基于天然GLP-1或exendin-4，发现具有全新骨架的GLP-1类似物具有重要意义。申请人未采用传统GLP-1类药物研究手段，而是聚焦于发现具有一定减肥降糖活性的GLP-1代谢类似物，并对其进行结构优化，寻找具有高效降糖和减重双重生物活性的多肽。主要取得以下结果：.（1）基于GLP-1酶切位点，采用“序列漫步”策略，根据酶切位点合成GLP-1代谢片段并进行降糖活性筛选，从而鉴别出仍保留一定降糖活性和减肥作用且肽链较短的GLP-1活性代谢片段GLP-1（28-36）和GLP-1（32-36），通过系统的结构优化及生物活性研究，最终发现了具有一定减肥和降糖活性的新型GLP-1代谢片段类似物。.（2）为了显著提升GLP-1代谢片段类似物的体内稳定性，利用化学修饰手段对GLP-1(28-36)进行了修饰。根据缀合小分子的性质，为了提高合成的便利性，我们直接在氮端脂肪酸化进行结构修饰并对这些缀合物进行了体外和体内生物活性研究。发现得到了一系列具有一定减肥降糖活性的GLP-1(28-36)衍生物，但是其活性较原型明显下降。.（3）考虑到代谢片段类似物尽管具有全新的骨架，但是其减肥降糖活性较原型下降明显，因此，我们考虑选择新型骨架设计长效化GLP-1类似物。利用双马来酰亚胺小分子，结合脂肪酸化修饰手段，设计得到了二聚衍生化和脂肪酸化的XenGLP-1衍生物。二聚化显著提高了XenGLP-1的生物活性，抵消了脂肪酸化对活性的负面影响，而脂肪酸化显著提高了稳定性，从而实现了稳定性和活性同步提高。.（4）积极探究新型多肽长效化手段，尝试了霉酚酸、石胆酸、PEG和脂肪酸化等方式，设计得到了一系列的GLP-1长效衍生物。通过生物活性研究发现了数个基于GLP-1的抗糖尿病先导化合物，并且发现部分长效GLP-1衍生物还具有很高的治疗肥胖和糖尿病的应用前景。.以上结果为基于GLP-1的新型降糖减重多肽的研发提供了研究基础，本项目共发表SCI论文5篇，申请发明专利4项。