5PTP1B抑制剂研究进展

摘要：蛋白酪氨酸磷酸酯酶1B(proteintyrosinephosphatase1B，PTP1B)是2型糖尿病相关蛋白。PTP1B对胰岛素信号通路中起着重要的负调控作用，是治疗糖尿病和肥胖症的新靶点。本文就其结构特点、作用机制及研究进展等进行综述。

关键词：PTP1B糖尿病作用机制第一页，共42页。蛋白酪氨酸磷酸酯酶1B(proteintyrosinephosphatase1B，PTP1B)是2型糖尿病相关蛋白，被认为是治疗2型糖尿病一个重要的潜在靶点。近年来的研究证明，PTP1B对胰岛素受体及其底物的磷酸化水平起着重要的负调控作用，通过抑制PTP1B的活性，有助于提高外周组织对胰岛素的敏感性，在糖尿病和肥胖症的治疗中有着广阔的前景[1]。第二页，共42页。

1PTP-1B的结构特点及其作用机制

1.1PTP-1B的结构特点

PTP1B含有435个氨基酸残基，并具有PTP酶家族的所有保守序列（见图1）。PTP1B的活性位点位于214~221残基形成的P-折叠，含有催化性的Cys215，用以结合底物中的磷酸基；另一个WPD折叠则主要负责底物的识别，用以形成结合口袋一侧的边缘，其中含有保守性极强的Asp181；Q折叠含有Gln262，水解催化时形成的中间体半胱氨酸磷酸。

第三页，共42页。

图1PTP1B酶的活性位点结构示意第四页，共42页。另一类研究较多的PTP1B抑制剂则是其变构抑制剂，这一类化合物可以结合在α6螺旋与α3螺旋之间的区域，使得α7螺旋不能再靠近酶的催化区域，从而阻止了WPD折叠形成具有催化作用的封闭构象（见图2）。第五页，共42页。

图2PTP1B中变构位点结构示意图第六页，共42页。1.2PTP-1B的作用机制

国际上多个实验室大量的研究已经对PTP家族成员的底物识别和作用机制有了很详尽的认识。由PTP介导的催化过程一般分为两步，如图3所示。所有的PTP家族成员都存在一个保守序列，即[I/V]HCXXGXXR[S/T]，在这个序列中包含对催化起决定性作用的半胱氨酸残基。催化过程的第一步，Cys215上面的硫攻击底物酪氨酸上的磷酸根离子，同时磷酸根离子上的一个氧脱离磷酸根，与Asp181结合。由此便形成了半胱氨酸-磷酸催化中间体。第二步，Gln262加入到反应中，使半胱氨酸-磷酸催化中间体水解，释放了磷酸分子。

第七页，共42页。

图3PTP催化机理第八页，共42页。通过对人类基因组的同源序列比对，发现人类PTP家族共有112个成员，按其结构可以分为两类：(1)跨膜受体型，如LAR、PTPtx和CD45等；(2)胞内型，如PTP1B、TCPTP和SHP2等。胞内型PTP-1B是最早被纯化和确定生物学特性的蛋白酪氨酸磷酸酯酶，全长约50kDa，在C末端有一段可被切割的35个氨基酸的疏水片段，该片段负责将PTP1B定位在内质网上[5]。第九页，共42页。1.3PTP1B在胰岛素信号通路中的调控作用

糖尿病和肥胖都伴随着胰岛素敏感组织中的胰岛素敏感性降低即胰岛素抵抗，原因是由于胰岛素信号在传导中信号减弱或紊乱，从而引起肌肉、肝脏及脂肪组织中的糖脂代谢平衡失调。第十页，共42页。

图4PTPsplayanimportantroleininsulinsignalingpathway.

第十一页，共42页。2PTP1B抑制剂研究概况

依据它们的作用位点可大致分为2类。第一类是酪氨酸磷酸酯的模拟物，作用于PTP-1B的催化活性区，部分延展至第二结合位点，它们显示出较好的抑制活性和选择性；第二类是变构抑制剂，作用于距离催化活性区域2nm处的变构位点上。第十二页，共42页。2.1酪氨酸磷酸酯的模拟物

2.1.1N-草酰胺苯甲酸衍生物

丹麦诺华诺德公司通过高通量筛选发现2-草酰胺基苯甲酸是一种通用型的PTP抑制剂，X射线衍射晶体结构解析研究表明，它可以有效地与高度保守的磷酸盐结合位点相结合，另外，还与活性位点附近的Lys120残基结合。

第十三页，共42页。

图5N-草酰氨基苯甲酸衍生物．第十四页，共42页。2.1.2水杨酸类化合物

研究表明，水杨酸酯类化合物(如图6)易与PTP1B“第二结合位点”上的Phe52结合，这是该类化合物对PTP1B选择性高的原因所在[22]。含有N-Boc-苯丙氨酸侧链的二酸类化合物（6）（Ki=0.16μmol/L）和丙二酸类似物（7）（Ki=3.2μmol/L）则是非常有效且选择性高的抑制剂。第十五页，共42页。

图6水杨酸类化合物第十六页，共42页。2.1.3取代苯乙酮衍生物

α-卤代苯乙酮类衍生物是光致逆变共价型PTP1B抑制剂[23]。Li等[12]以苯乙酮为母核，接合二氟亚甲基磷酸基团合成了化合物（9）（见图7），生物活性测试表明该化合物的PTP1B抑制活性非常高，IC50值达0.5μmol/L第十七页，共42页。

图7取代苯乙酮衍生物第十八页，共42页。2.1.4氨基磺酸类化合物

P&GP公司进行的一项高通量研究表明，一些氨基磺酸类物质是PTPs的抑制剂，但这些化合物对PTP1B却仅有微弱的抑制活性，SeanR.Klopfenstein等[25]将氨基磺酸连结到芳香基团上得到一些抑制活性很高的化合物（见图7）第十九页，共42页。

图7氨基磺酸类化合物第二十页，共42页。2.1.5拟肽类物质

肽类物质（15）是一种活性很强的PTP酶抑制剂，其IC50仅为5μmol/L。对酪氨酸芳环修饰所得的衍生物（16）(Ki=0.22μmol/L)的抑制活性则大大增强。因为分子中有多个羟基的缘故，（16）的细胞穿透性较低。但这些肽类衍生物（见图8）对LAR和SHP-2的选择性更强。第二十一页，共42页。第二十二页，共42页。

图8肽类药物第二十三页，共42页。2.1.6噻吩及苯并噻吩类

对一个含有6000多个化合物的化合物库的高通量筛选研究结果表明，噻吩及苯并噻吩类化合物（见图9）是良好的PTPs的抑制剂第二十四页，共42页。

图9噻吩及苯并噻吩类化合物第二十五页，共42页。2.2变构抑制剂

苯并呋喃磺酰胺类化合物20是经筛选得到的一类新型PTP-1B抑制剂,为非时间依赖性的非竞争性抑制剂。这类化合物作用于距离PTP-1B催化活性位点Cys215残基2nm处的变构位点上,属于变构抑制剂。第二十六页，共42页。

图10

第二十七页，共42页。3天然药物中的PTP1B抑制成分

3.11,2-萘醌类小分子化合物的3D-QSAR研究

于倩等[14]利用计算机辅助药物分子设计（Computer–AidedDrugDesign.CADD）使用36个1,2-萘醌类化合物分子构型(图11)和活性数据见表1。第二十八页，共42页。

图11第二十九页，共42页。

图12CoMFA模型第三十页，共42页。

图13CoMSIA模型

第三十一页，共42页。表136个1，2-萘醌类化合物结构及活性数据第三十二页，共42页。

3.2CADD方法对苯并三唑类化合物与PTP-1B和TCPTP的相互作用方式进行比较研究

梁娜娜等利用计算机辅助药物分子设计(Computer-AidedDrugDesign,CADD)采用定量结构-活性（QSAR）和定量结构-选择性（QSSR）模型的方法对苯并三唑类化合物与PTP-1B和TCPTP的相互作用方式进行比较研究。

第三十三页，共42页。

图15PTP-1B与TCPTP蛋白氨基酸序列比对

第三十四页，共42页。

图14模板分子

第三十五页，共42页。综合以上结果可以看出，能够提高化合物抑制活性的取代基并不一定能够提高化合物的选择性。因此今后对苯并三唑类化合物的设计，应综合考虑以上因素，从而设计出活性更高、选择性也更高的苯并三唑类PTP-1B抑制剂。

第三十六页，共42页。3.3齐墩果酸的PTP1B构效关系研究

洪涤等运用高通量筛选技术发现齐墩果酸具有相对较好的PTP1B抑制活性，因此，在其基础上进行了构效关系进行研究，发现了若干个选择性、活性较好的化合物（IC50<1μmol/L）

第三十七页，共42页。第三十八页，共42页。3结语

开发新型的PTP1B抑制剂不仅可以用于治疗2型糖尿病，对治疗由2型糖尿病引起的并发症也有一定作用。现在，人们可以运用新的研究手段，诸如QSAR、CADD等设计开发高效的选择性PTP1B抑制剂。

第三十九页，共42页。但是，PTP1B的抑制剂对于PTP1B同源性最高的TCPTP也都有抑制作用，因此，找到PTP1B的专一性抑制剂仍是一个很大的挑战。尽管存在以上困难，但