胰島素受體非肽小分子激動劑的研究進(jìn)展

1、胰島素受體非肽小分子激動劑的研究進(jìn)展    【摘要】  已發(fā)現(xiàn)一些非肽小分子物質(zhì)可模擬胰島素的作用激活胰島素受體介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，為開發(fā)新型抗糖尿病藥物提供了新的策略。該文綜述了近年來國內(nèi)外胰島素受體非肽小分子激動劑方面的研究進(jìn)展，討論了從中藥中篩選胰島素受體非肽小分子激動劑的前景。 【關(guān)鍵詞】  胰島素受體； 非肽小分子激動劑； 中藥糖尿病是最常見的內(nèi)分泌疾病。隨著生產(chǎn)發(fā)展、生活水平提高及人口壽命的延長，糖尿病發(fā)病率迅速增長，已成為全球性醫(yī)學(xué)難題。目前，所有1型糖尿病患者和口服糖尿病藥物不能控制血糖水平的2型糖尿病患者都需要采用胰

2、島素治療。論文學(xué)術(shù)科研網(wǎng)但是，胰島素是一個多肽分子，口服會被消化而喪失活性，而依賴注射進(jìn)行治療，給患者帶來極大的不便和痛苦。因此，尋找可以口服的非肽小分子胰島素激動劑便備受關(guān)注。我國的中藥資源豐富，中藥治療糖尿病的歷史悠久，開發(fā)并有效利用具有抗糖尿病作用的中藥，從中篩選提取胰島素受體非肽小分子激動劑，對我國醫(yī)藥事業(yè)意義重大。1  胰島素受體非肽小分子激動劑的研究意義    糖尿病一般分為1型糖尿病和2型糖尿病。1型糖尿病通常是由于胰島細(xì)胞分泌胰島素能力下降而導(dǎo)致胰島素缺乏所致；2型糖尿病的病因非常復(fù)雜，迄今尚不完全清楚，一般認(rèn)為是由于胰島細(xì)胞分泌胰島素能

3、力下降和骨骼肌、脂肪及肝等靶組織對胰島素的敏感性下降所導(dǎo)致的胰島素抵抗。    胰島素通過與細(xì)胞膜上的特異性受體結(jié)合而發(fā)揮其廣泛的生理功能。胰島素受體（IR）是異源四聚體跨膜糖蛋白，由兩個胞外亞基和兩個跨膜的亞基組成。亞基上有胰島素結(jié)合位點，亞基上有酪氨酸激酶結(jié)構(gòu)域。胰島素與亞基的結(jié)合，使受體自身磷酸化并激活亞基上的酪氨酸激酶活性，啟動胰島素信號通路。胰島素受體酪氨酸激酶（IRTK）反式磷酸化胰島素受體底物（IRS）蛋白1-4，Shc、Gab1等信號分子，這些分子能與其他含有SH2結(jié)構(gòu)域的信號蛋白發(fā)生特異作用，導(dǎo)致下游信號分子如3-磷酸脂酰肌醇激酶（PI3K）的激

4、活。    胰島素與IR的結(jié)合是胰島素信號通路的起始環(huán)節(jié)?；蚯贸C明了IR在代謝調(diào)節(jié)和生長控制上的重要作用。IR功能缺陷將導(dǎo)致胰島素抵抗。早在20世紀(jì)8090年代一系列研究發(fā)現(xiàn)，與健康對照相比，2型糖尿病患者和模型動物的骨骼肌、肝及脂肪組織中胰島素信號系統(tǒng)異常，包括IR數(shù)目下調(diào)、IRTK活性降低、受體介導(dǎo)的IRS磷酸化水平以及PI3K活性降低等1。    IRTK的激活是胰島素信號通路的第一環(huán)節(jié)和關(guān)鍵步驟，因此，增強IRTK活性原則上可克服或緩解不同類型的2型糖尿病患者靶組織的胰島素信號通路障礙。對于1型糖尿病患者，增強IRTK活性

5、的治療將有助于減少甚至免除患者對外源胰島素的依賴。因此，對胰島素受體非肽小分子激動劑的研究甚為重要。2  胰島素受體非肽小分子激動劑的研究現(xiàn)狀    胰島素是IR的天然激動劑，與IR結(jié)合能直接激活I(lǐng)RTK。目前，所有1型糖尿病患者和口服糖尿病藥物不能控制血糖水平的2型糖尿病患者都需要采用胰島素治療。但是，胰島素是一個多肽分子，口服會被消化而喪失活性，而依賴注射進(jìn)行治療，給患者帶來極大的不便和痛苦。而且，長期使用胰島素可能導(dǎo)致體重增加、高胰島素血癥、嚴(yán)重的胰島素抵抗等副作用。因此，尋找可以口服的非肽小分子胰島素激動劑備受關(guān)注，但是一直沒有取得突破性成果。直

6、到1999年，Merck研究室在國際權(quán)威刊物science報道了一個有胰島素樣作用的小分子化合物：脫甲基酯化苯醌B-1(demethylasterriquinone B-1)或DMAQ-B12，簡稱L-783,281。該物質(zhì)來自一種真菌，可激活I(lǐng)RTK，啟動胰島素信號系統(tǒng)。L-783,281與胰島素有加性作用，不與胰島素競爭結(jié)合受體。它可能是通過直接激活I(lǐng)R胞內(nèi)亞基上的酪氨酸激酶活性來起作用的，而不像胰島素是通過與亞基結(jié)合來激活I(lǐng)RTK?？诜﨤-783,281使2型糖尿病小鼠血糖顯著降低。L-783,281能降低代謝綜合征模型小鼠的空腹胰島素水平，但是不改善其糖耐量異常3。L-783,281的

7、一個類似物（被稱為化合物2）顯示相似的性質(zhì)46。2001年，Telik公司的研究小組在糖尿病領(lǐng)域的著名刊物diabetes上報道了另外一個不同的非肽小分子IR激動劑TLK169987。TLK16998單獨作用不能激活I(lǐng)RTK，但在胰島素存在的情況下，TLK16998能顯著增強IR和IRS磷酸化水平、PI3K活性和GLUT轉(zhuǎn)位。鏈脲菌素糖尿病小鼠以30g/kg的劑量腹腔注射TLK16998，4 h后的血糖水平降低28%。    L-783,281和TLK16998可能都是通過作用于受體亞基激活I(lǐng)RTK，但是作用位點和機理不同8。L-783,281能直接激活I(lǐng)RTK，

8、表現(xiàn)胰島素模擬物(mimetic)的特點；TLK16998增強IRTK的作用依賴胰島素的存在，表現(xiàn)IR增敏劑（sensitizer）性質(zhì)。L-783,281能激活HTC-IR485-599細(xì)胞IR的自身磷酸化，該細(xì)胞表達(dá)缺失突變的IR而不能對胰島素進(jìn)行響應(yīng)，而TLK1699則無作用。但是，在十四烷酰法波醋酸酯（TPA）處理的細(xì)胞中，TLK1699能顯著逆轉(zhuǎn)受損的胰島素刺激的受體磷酸化，L-783,281則無效。    L-783,281和TLK16998是目前公開報道且研究比較深入的、被確證的IR激動劑，它們通過特異性地作用于IR，模擬胰島素的生理功能，或增強IR

9、對胰島素的敏感性。其它有些被稱為胰島素類似物或胰島素增敏劑量的物質(zhì)，如PTP1b的抑制劑、過氧化物酶體增殖物激活受體（PPAR）的激動劑等，是通過間接方式起作用，并不直接作用于IR。此外，最近提前在Internet公開的一篇報道稱，韓國首爾大學(xué)的一個研究小組從中藥凌霄中發(fā)現(xiàn)一些三萜類化合物具有IR激動劑特征，其中熊果酸（CG7）活性最強，在50 g /ml時具有胰島素模擬物特征，在1 g /ml時具有胰島素受體增敏特征9。這一研究提示激活I(lǐng)RTK可能是部分中藥抗糖尿病的藥理學(xué)機制。    由于糖尿病特別是2型糖尿病病因?qū)W機制非常復(fù)雜，發(fā)現(xiàn)更多的作用機制不同的IR非

10、肽小分子激動劑，對于2型糖尿病的治療具有重要意義。另一方面，闡明已有的抗糖尿病藥物（如中藥）中可能存在的具有不同作用機理的IR激動劑，將為抗糖尿病藥理學(xué)研究增添新的內(nèi)容。學(xué)術(shù)科研網(wǎng)3  在中藥中篩選胰島素受體非肽小分子激動劑的前景廣闊    中藥是我國得天獨厚的天然化合物寶庫，其結(jié)構(gòu)多樣性是合成化合物所無法比擬的。中藥治療糖尿病(古稱消渴病) 歷史悠久，并積累了豐富的經(jīng)驗，有大量的文獻(xiàn)報道。周魯?shù)?0收集了271劑療效確切的糖尿病中藥復(fù)方，包括221味中藥；趙榮華等11收集的518個糖尿病處方中用藥一百余味；范益軍等12收集的糖尿病中藥達(dá)到五百余種之多。

11、長期積累的中藥處方和藥理學(xué)研究為進(jìn)一步揭示中藥抗糖尿病的分子機制提供了基礎(chǔ)。    對中藥復(fù)方、單味藥或有效成分抗糖尿病中藥的藥理學(xué)研究揭示中藥治療糖尿病的作用機制包括：促進(jìn)胰島細(xì)胞分泌胰島素能力，提高血清胰島素水平；作用于受體或受體后水平，增加IR數(shù)目或提高其親和力；抑制胰島素拮抗激素如胰高血糖素等的分泌；促使周圍組織及靶器官對糖的利用；清除自由基及抗脂質(zhì)過氧化過程作用等。    馮世良等13用世良降糖散(組方：穿心蓮、天花粉、西洋參、紅花、黃芪、生地黃、葛根、麥冬、番石榴等)治療11例2型糖尿病患者，結(jié)果顯示患者空腹血糖顯著下降，

12、胰島素敏感性指數(shù)明顯升高。熊曼琪等14報道加味桃仁承氣湯(組方：黃芪、大黃、桃仁、桂枝、芒硝、生地黃等)對胰島素抵抗大鼠模型可明顯降低空腹血糖，提高胰島素敏感指數(shù)，提高基礎(chǔ)的和胰島素刺激的大鼠脂肪細(xì)胞葡萄糖氧化能力，認(rèn)為加味桃仁承氣湯可能通過糾正IR缺陷和外周組織的敏感性產(chǎn)生治療作用。朱良爭等15自擬糖脂片(水蛭、桃仁、生大黃、黃連組成)對63例2型糖尿病患者常規(guī)治療表明該制劑可使胰島素抵抗指數(shù)下降(P<0.01)，胰島素敏感性指數(shù)上升。黃冬梅等16采用補腎通脈方 (組方：黃芪、何首烏、肉蓯蓉、丹參、三七、生地等)對高脂飼料誘導(dǎo)的大鼠肌肉和脂肪組織在胰島素刺激后的IR和IRS-l的酪氨酸

13、磷酸化水平及其變化進(jìn)行檢測，結(jié)果顯示，該方能有效改善IR和IRS-1的酪氨酸磷酸化水平，從而改善肌肉和脂肪組織中胰島素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。劉永玉等用大黃治療2型糖尿病大鼠模型，治療4周后，血清胰島素水平降低，而IR最大結(jié)合力明顯高于對照組，說明大黃可以通過對IR的作用改善胰島素抵抗。白紅艷等17的實驗顯示，葛根提取物對糖尿病大鼠的胰島素抵抗有明顯改善作用，推測其作用機制亦可能是通過上調(diào)IRS-1的表達(dá)來實現(xiàn)。    中藥成分復(fù)雜，大多數(shù)抗糖尿病中藥的作用機制和有效成分尚不清楚，在分子水平研究其作用靶點的報道甚少。但是上述已有的藥理學(xué)研究結(jié)果提示，部分中藥可能是通過作用于IR

14、和受體近端信號分子而發(fā)揮作用，但是需要進(jìn)一步的實驗證據(jù)。上海藥物研究所胡立宏等從傳統(tǒng)中草藥篩選到胰島素信號通路的負(fù)調(diào)節(jié)因子PTP1b的抑制劑，發(fā)現(xiàn)幾種新結(jié)構(gòu)類型的二十多個活性化合物，包括一些活性很強的新化合物18。對其中的兩類化合物(三萜酸和對苯醌)正在進(jìn)行構(gòu)效關(guān)系研究表明中藥中可能含有豐富的調(diào)節(jié)胰島素信號通路的小分子化合物。因此，針對胰島素信號通路建立高通量的篩選模型，可望從中藥中篩選到作用靶點明確的有效成分。本實驗室根據(jù)胰島素信號通路建立了STAT5靶控的報告基因細(xì)胞模型，并用該模型對五十多種抗糖尿病中藥的提取物進(jìn)行IR激動劑的篩選，獲得了一些活性較強的候選組分。通過對這些組分的進(jìn)一步活性

15、跟蹤，可能揭示部分中藥抗糖尿病藥理的分子機制，推進(jìn)中藥現(xiàn)代化，同時也為糖尿病藥物研究和開發(fā)提供先導(dǎo)化合物的研究?！緟⒖嘉墨I(xiàn)】  1 Sesti G, Federici M, Hribal ML,et al. Defects of the insulin receptor substrate (IRS) system in human metabolic disordersJ. FASEB J, 2001, 15(12)：2099.2 Zhang B,Salituro G,Szalkowski D, et al.Discovery of a small molecule insulin

16、 mimetic with antidiabetic activity in miceJ. Science, 284(5416):974.3 Velliquette RA, Friedman JE, Shao J, et al. Therapeutic actions of an insulin receptor activator and a novel peroxisome proliferator-activated receptor gamma agonist in the spontaneously hypertensive obese rat model of metabolic

17、syndrome X. JJ. Pharmacol Exp Ther,2005, 314(1):422.4 Liu K, Xu L, Szalkowski D, et al. Discovery of a potent, highly selective and orally efficacious small-molecule activator of the insulin receptorJ. J. Med. Chem,2000, 43(19)：3487.5 Qureshi SA, Ding V, Li Z, et al. Activation of insulin signal tra

18、nsduction pathway and anti-diabetic activity of small molecule insulin receptor activatorsJ. J. Biol. Chem, 2000(47): 36590.6 Strowski MZ, Li Z, Szalkowski D, et al. Small-molecule insulin mimetic reduces hyperglycemia and obesity in a nongenetic mouse model of type 2 diabetesJ. Endocrinology, 2004

19、,145(11)：5259.7 Manchem VP, Goldfine ID, Kohanski RA,et al. A novel small molecule that directly sensitizes the insulin receptor in vitro and in vivoJ. Diabetes ,2001, 50(4):824.8 Li M, Youngren JF, Manchem VP, et al. Small molecule insulin receptor activators potentiate insulin action in insulin-re

20、sistant cellsJ. Diabetes ,2001, 50(10):2323.9 Seung Hee Jung, Yun Jung Ha, Eun Kyung Shim, et al. Insulin-mimetic and insulin-sensitizing activities of a pentacyclic triterpenoid insulin receptor activator. BiochemJ. J, (2007) Immediate Publication.10 周 魯，周曉芳，付 超，等. 271首治療糖尿病中藥復(fù)方用藥規(guī)律研究J.新中醫(yī)， 2004，36(11)：40.11 趙榮華，易元瓊，李永強，等. 518個糖尿病處方統(tǒng)計分析