蛋白酪氨酸磷酸酶1B(PTP1B)抑制剂的研究进展简

蛋白酪氨酸磷酸酶1B(PTP1B)抑制剂的研究进展

杨猛 ， 高天虹

(青岛科技大学 化工学院 ， 山东 青岛266042)

摘要：2型糖尿病是一种代谢综合症，其特点是胰岛素抵抗、高胰岛素血症、高血糖。研究表明，蛋白酪氨酸磷酸酶1B(PTP1B)是胰岛素转导信号的负调节因子，已经是治疗2型糖尿病和肥胖症的一个新的靶点。PTP1B抑制剂能够有效地治疗2型糖尿病和肥胖症。本文综述了近年来PTP1B抑制剂的研究进展。

关键词：2型糖尿病 ； 蛋白酪氨酸磷酸酶1B ； PTP1B抑制剂

中图分类号：TQ463文献标识码：A

收稿日期：2014-11-25

基金项目：国家自然科学基金(41206066)

作者简介：杨猛(1988-)，男，化学工程与技术专业，硕士研究生，研究方向：有机合成，邮箱：qwyangmeng@qq.com，电话：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

随着人们生活水平的提高，糖尿病患者的数量不断增加。而糖尿病也已与心血管疾病、癌症一起成为人类的三大杀手。糖尿病的发病原因复杂，一般是由于遗传和环境因素(如肥胖、年龄、现代生活方式等)相互作用而引起的。其典型的症状为三多一少，即多尿、多饮、多食和消瘦。一般将糖尿病分为1型和2型两种，而2型糖尿病存在着不典型症状，如头晕乏力等。1型糖尿病是一种胰岛素依赖性糖尿病，发病率相对2型较低，仅占糖尿病患者总人数的5%左右，而2型糖尿病是一种非胰岛素依赖性糖尿病，其发病率比1型高，约占糖尿病患者总人数的95%。

现代社会，肥胖成为了一种疾病。久坐不动及高能量的饮食，是肥胖患者数量急剧增加的主要原因。让人担忧的是儿童肥胖率也在急剧增加[1]。而在肥胖人群中，2型糖尿病的发病率远大于非肥胖人群，已经有证据表明，肥胖与2型糖尿病之间有着密切关联[2]。

胰岛素抵抗是2型糖尿病的一个标志。它的特点是骨骼肌摄取葡萄糖能力降低且体内肝糖原的异化受阻。最近公布的数据表明，高胰岛素血症是饮食引起的肥胖和胰岛素抵抗的一个主要原因[3]。由于骨骼肌摄取葡萄糖能力降低且体内肝糖原的异化作用受阻，从而引起2型糖尿病的发生。

蛋白酪氨酸磷酸化是细胞内翻译后修饰的主要方式，是调节信号传导的主要手段。在细胞内，酪氨酸磷酸化是一个动力学可逆过程，该过程受到一对相反的酶即蛋白酪氨酸激酶(PTKs)和蛋白酪氨酸酶(PTPs)的调节。其中PTKs是催化酪氨酸的磷酸化过程，而PTPs控制着酪氨酸的去磷酸化过程。

PKPs与PTPs共同维持着蛋白酪氨酸磷酸化平衡。PTP1B是第一个从人体细胞中分离鉴别出来的PTPs家族成员。它能够专一地水解蛋白质中磷酸化的酪氨酸上的磷酸基团，在胰岛素信号传递中起负调节作用。当PTP1B过量表达则会影响PKPs的活性，使胰岛素受体无法与胰岛素结合，从而引起胰岛素抵抗，进而导致2型糖尿病的发生[4]。

有研究表明PTP1B与2型糖尿病和肥胖症的发生有密切的关系。1990年，Cicirelli等[5]向爪蟾卵母细胞中注射了微量PTP1B，卵母细胞中胰岛素对S6肽的磷酸化作用受阻，并阻碍了胰岛素对卵母细胞促成熟作用。有科学家从遗传学角度对其进行了研究，对小鼠进行PTP1B基因敲除，结果与正常小鼠相比，PTP1B基因敲除的小鼠对胰岛素的敏感性明显增强，靶细胞肝脏及肌肉中的胰岛素受体磷酸化水平增加[6]，并能抵抗体重的增加。以上研究均表明，PTP1B是治疗2型糖尿病的和肥胖症的新靶点，通过PTP1B抑制剂来抑制PTP1B的活性，从而有效地治疗2型糖尿病和肥胖症。因此，寻找和开发新型PTP1B抑制剂将具有广阔的应用前景。

1查尔酮衍生物类PTP1B抑制剂

查尔酮的化学结构为1,3-二苯基丙烯酮，是合成许多天然化合物的有机中间体，以其为母体的天然化合物广泛存在于自然界中。由于其分子结构具有较大柔性，能与多种不同的受体结合，因此具有较广泛的生理活性，包括抗菌、抗氧化、抗癌、抗炎等。许多查尔酮化合物已被证实对PTP1B具有良好的抑制活性。

孙良鹏等[7]以不同取代基的苯乙酮为底物，经过Claisen-Schmidt反应，合成(E)-1-苯基-3-(4-甲基苯基)-2-丙烯-1-酮(2a-2n)，在AIBN作用下，与NBS反应得到(E)-3-(4-溴甲基苯基)-1-苯基-2-丙烯-1-酮(3a-3n)，最后与3,4-二氢-2(1H)-喹啉酮发生缩合反应生成目标产物4a-4n(如图1所示)。

图1　合成反应方程式

图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。

反应条件：(a)4-甲基苯甲醛，乙醇，10% KOH，常温；(b)NBS，CCl4，AlBN，hv，2h；(c)6-羟基-3，4-二氢喹啉-2(1H)-酮，碳酸钾，丙酮，回流4 h。

研究人员对这14中化合物进行了PTP1B抑制活性的测定。结果表明，这些化合物均对PTP1B表现出较强的抑制活性。其中(E)-6-{4-[3-(4-氯苯基)-3-氧代-1-丙烯基]卞氧基}-3,4-二氢-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}-3,4-二氢-2(1H)喹啉酮(4i)的活性最为显著，IC50分别是(4.64±0.38)μmol/L和(4.36±0.41)μmol/L。

2二吲哚酮衍生物类PTP1B抑制剂

二吲哚酮衍生物是一类新型抗肿瘤药物，是一类肿瘤血管生成抑制剂。有研究表明其对PTP1B具有较好的抑制效果。

Hou等[8]通过高通量筛选，确定出了3-取代的吲哚啉-2-酮(见图2化合物5)具有较弱的PTP1B抑制活性(在20 LG/mL条件下抑制率为14%)。但当引入呋喃基团后，其抑制活性在相同浓度条件下提高55%。当在引入一个二氢吲哚，其抑制率提高到75%。以此为基础，对其进行研究，合成出一系列的新型化合物，其中化合物6a、7a的IC50值约为2.8、2.3 μmol/L。

6a：R 1=H，R 2=Br　　7a：R 1=Cl，R 2=Cl

3溴苯酚衍生物类PTP1B抑制剂

史大永等[9]首次将溴酚类化合物作为PTP1B抑制剂进行了研究。对几十种海洋生物化学成分进行了分析，并对其成分进行分离。得到了源于红藻松节藻和褐藻小黏膜藻的三种溴酚类化合物，发现其对PTP1B具有较好的抑制活性。

他们利用95%的乙醇对松节藻和小黏膜藻样品进行提取，对提取物进行Sephadex LH-20色谱及HPLC分离，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-4,5-二羟基)苯丙醛及3-(2,3-二溴-4,5-二羟基苯)-4-溴-5,6-二羟基-1,3-二氢异苯并呋喃。并对其对PTP1B抑制活性进行了研究，得到其IC50值分别为3.4、4.5、2.8 μmol/L。

Li等[10]通过对红藻松节藻提取物进行分析，得到溴酚类化合物双-(2,3-二溴-4,5-二羟基苯基)-甲烷(如图3a所示)，并对其进行了化学全合成，成功得到此化合物。研究发现此化合物表现出较高的PTP1B抑制活性，IC50值达到2.4 μmol/L。

Jiang等[11]在以此为基础，进一步研究，合成出一系列新型的溴酚类PTP1B抑制剂，其中化合物3,4-二溴-5-(2-溴-3,4-二羟基-6-(异丁氧基甲基)苄基)苯-1,2-二醇(如图3b所示)表现出较好抑制活性，其IC50值为1.5 mmol/L。

图3　化合物结构式

4亚芳基丙二腈衍生物类PTP1B抑制剂

Girdhar Singh Deora等[12合成出了一系列的亚芳基丙二腈类化合物，发现其对PTP1B具有一定的抑制作用。通过计算机模拟了其对接位点，并研究了这些化合物作用于L6肌细胞后对葡萄糖摄取率的影响。其分子对接试验表明，化合物6b(见图4)芳基亚甲基—丙二腈基与PTP1B催化位点相互作用。

合成出的亚芳基丙二腈类化合物中，化合物6b的PTP1B抑制率最高，达到54.6%。而化合物7b的抑制率达到50%，且作用与L6肌细胞后，细胞对葡萄糖的摄取率达到最高38.5%。以上研究表明，亚芳基丙二腈衍生物能够对PTP1B产生抑制作用，是一类潜在的非羧基类的PTP1B抑制剂。

6b：R=H　　7b：R=2-MeO

5三芳基磺酰胺衍生物类PTP1B抑制剂

Li 等[13]报道了一系列的α，α-二氟-β-酮基膦酸酯类PTP1B抑制剂。其中磺酰胺类化合物1(图5)表现出较好的PTP1B抑制活性，IC50为12 μmol/L。对化合物1进一步修饰研究，发现化合物8，其IC50值为7 μmol/L[14]。化合物8和9都是以磺胺为骨架。因此，克里斯托弗等人继续以磺胺基团为骨架，对化合物进行修饰，在修饰后得到的大批化合物中发现许多对PTP1B具有较好抑制活性的化合物，这些化合物都是以三芳基磺胺基团为骨架，如化合物10，其IC50值为0.074 μmol/L。

研究人员发现，化合物的R1位置结构的改变，对PTP1B抑制活性影响较大[15]。经过一系列的实验，在大批量的化合物中得到了两种化合物11和12，它们对PTP1B的抑制活性较好，其IC50值分别为9 nmol/L和11 nmol/L。

6含吡啶结构的氮杂卓类PTP1B抑制剂

含吡啶结构的氮杂卓类生物碱因具有独特的结构和生物活性而备受人们关注。曾向潮等[16]曾合成出6,7-二氢- 1H,5H-吡咯并[2，3-c]氮杂卓-4，8-二酮，并对其进行研究。结果发现，其对与糖尿病有关的酶(α-葡萄糖苷酶)的活性具有显著地抑制作用，其IC50值为48 μmol/L。为了进一步研究6,7-二氢- 1H,5H-吡咯并[2，3-c]氮杂卓-4，8-二酮与α-葡萄糖苷酶的关系，曾向潮等[18]又合成出一系列的6,7-二氢- 1H,5H-吡咯并[2，3-c]氮杂卓-4，8-二酮的1-烷基化衍生物，其中化合物30的IC50值为39 μmol/L。

图5　三芳基磺酰胺衍生物类PTP1B抑制剂

Xie等[19]对含吡啶结构的氮杂卓类化合物与蛋白酪氨酸磷酸酶1B(PTP1B)的关系进行了研究，结果表明，其对PTP1B具有抑制作用。Xie等人利用化学合成的方法合成出含吡啶结构的氮杂卓化合物13，14(如图6所示)。并对化合物13和14进行修饰，得到一系列的吡咯并[2，3-c]氮杂卓衍生物，并对它们的PTP1B的抑制活性进行了研究，结果发现，这一系列的化合物对PTP1B均有较显著的抑制作用。其中化合物15的IC50值达到13.92 μmol/L。

图6　化合物13、14结构图

7丙二酸类PTP1B抑制剂

丙二酸类PTP1B抑制剂是指根据化合物中的丙二酸基团模拟PTyr分子(PTyr磷酸酪氨酸是PTP1B去磷酸化作用的底物)中的磷酸酯而设计合成出的一系列的含有丙二酸基团的，具有PTP1B抑制活性的化合物。

杜欣等[19]利用丙二酸基团来模拟磷酸根，以9H-咔唑为起始原料，引入能够调节分子极性和脂溶性的双芳基团，合成了一系列的丙二酸类PTyr模拟物，并对其PTP1B的抑制活性进行了研究。结果表明，大多数化合物表现出显著的PTP1B抑制活性。其中化合物,16和17的抑制活性最好，其IC50值分别是7.66 μmol/L和1.88 μmol/L。

图7　化合物16、17结构图

随着人们对蛋白酪氨酸磷酸酶1B(PTP1B)不断地深入研究，将会有更多种类的PTP1B抑制剂被发现。这些PTP1B抑制剂的活性及毒副作用也将成为研究的重点，而发现活性高，毒副作用小的新型抑制剂。由于2型糖尿病患者人数仍在增长，作用于2型糖尿病新靶点的蛋白酪氨酸磷酸酶1B(PTP1B)抑制剂将具有更加广阔的应用前景。

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