红大戟中新颖PTP1B变构抑制活性成分的发现与研究

Protein tyrosine phosphatase 1B (PTP1B) is currently verified to be one of the best validated biological target for non-insulin dependent diabetes. The compounds binding to the PTP1B allosteric site displayed better selectivity and cell-permeability than those binding to the catalytic active site, however, it is extremely lack of the active leading compounds targeted at the allosteric site. Our previous research found that a series of anthraquinones from Knoxia valerianoides displayed PTP1B inhibitory activity, one of them was an unprecedented hybrid anthraquinone-coumarin, displayed selective inhibitory effect against PTP1B over TCPTP, and further molecular docking indicated that it was a potent allosteric inhibitor. Based on the results obtained in the previous research, we plan to isolate and identify the active compounds by modern chromatographic and spectroscopic techniques from the targeted active factions, and semi-synthesize the compounds with novel structures and its derivatives using the main components isolated from Knoxia valerianoides as raw materials on the basis of the biogenetic analysis. The PTP1B allosteric inhibitory activity of all of the obtained compounds will be screened by enzyme inhibition assay, molecular docking and molecular dynamics simulations, as well as evaluated on the C2C12 muscle cell strains of insulin resistance model. Based on the above research, the structure-activity relationship will be analyzed. This research will provide novel active template structures or leading compound for the development of novel hypoglycemic drugs with better selectivity and new mechanism.

蛋白酪氨酸磷酸酯酶1B(PTP1B)是治疗2型糖尿病最有效的靶点之一，与PTP1B变构位点结合的活性成分比作用于催化活性位点的显示出更好的选择性和透膜性，但作用于变构位点的先导化合物极度缺乏。前期研究发现红大戟中的系列蒽醌具有PTP1B抑制作用，其中1个具有蒽醌并香豆素的新颖骨架，且抑制作用有较好的选择性，分子对接结果表明它可能是有效的PTP1B变构抑制剂。基于此，本项目拟应用现代色谱和波谱技术从已确定的活性部位分离和鉴定活性成分；并根据生源分析，以红大戟中含量较高的蒽醌为原料半合成新骨架化合物及其衍生物，对所得化合物应用酶抑制实验、分子对接和分子动力学模拟以及胰岛素抵抗C2C12骨骼肌细胞模型，系统性评价其PTP1B变构抑制活性，研究构效关系。研究工作可为研发选择性更好、具有新型作用机制的降血糖药物，提供新颖的活性模板结构或先导化合物。

蛋白酪氨酸磷酸酯酶1B(PTP1B)是治疗2型糖尿病最有效的靶点之一，与PTP1B变构位点结合的抑制剂比作用于催化活性位点的显示出更好的选择性和生物利用度，但作用于变构位点的先导化合物极度缺乏。前期研究发现红大戟中的蒽醌具有PTP1B抑制作用，其中1个（Valeriaquinone A）具有蒽醌并香豆素的新颖骨架，且抑制作用有较好的选择性，显示出较好的PTP1B变构位点结合能力。基于前期工作，本项目完成了红大戟中酶抑制活性部位的分离纯化和结构鉴定，Valeriaquinone A类衍生物的半合成，所得天然蒽醌及其合成衍生物的PTP1B酶抑制活性评价、酶抑制动力学研究、分子对接以及对胰岛素抵抗的骨骼肌C2C12细胞葡萄糖消耗水平的影响。研究结果确证了Valeriaquinone A是结构新颖、活性显著、特异性高的PTP1B酶混合型抑制剂，并能提高胰岛素抵抗的骨骼肌C2C12细胞对葡萄糖的摄取和消耗。从活性部位分离得到36个蒽醌类化合物，14个为新化合物，其中7个为较为少见的两侧苯环均有取代的茜草素型蒽醌苷，2个是罕见的C-11位与糖相连形成的蒽醌苷，1个是首次发现的茜草素型蒽醌生合成中间体与葡萄糖相连形成的苷。合成了33个蒽醌衍生物。天然和合成蒽醌均具有显著的PTP1B抑制作用，活性最好的IC50值分别为1.05±0.32和0.22±0.03 μM。天然和合成蒽醌是PTP1B酶的混合型抑制剂，与PTP1B变构口袋的结合位点和模式相似，分子中的蒽醌结构片段插入变构位点口袋，蒽醌的3个环与Phe280形成强的π-π堆叠作用，再结合氢键和其他疏水作用稳定分子-蛋白复合物，从而阻止α7-α3-α6螺旋间的相互作用，使PTP1B无法向活性构象转换而失活。研究结果丰富了茜草科植物的化学组成，为茜草素型蒽醌的生物合成途径研究提供了一个重要中间体和标志物。首次发现蒽醌苷类成分的PTP1B酶抑制活性及其潜在的降糖活性，并为合成新型PTP1B酶抑制剂提供了模板结构和研究基础。