基于PTP-1B及PPAR-α,γ,δ多靶点降糖先导物的设计与合成研究

论文摘要

目的:糖尿病是一种发病机制复杂、与多种酶和受体密切关联并且受遗传和环境影响的多因素内分泌疾病。糖尿病中主要是以胰岛素抵抗为主要特征的Ⅱ型糖尿病,并伴有一系列并发症。单一靶点治疗糖尿病的药物不能发挥出最大的疗效,因此为更好地控制血糖而治疗糖尿病及其并发症,通过多靶点途径对抗胰岛素抵抗及并发症,是治疗Ⅱ型糖尿病一个长期有效的方法。本文旨在从Ⅱ型糖尿病发病网络中选择相互关联的蛋白酪氨酸磷酸酯酶-1B（protein tyrosine phosphatase-1B,PTP-1B）和过氧化物酶体增殖物激活受体α、γ、δ（peroxisome proliferator-activated　receptor-α、γ、δ,PPAR-α、γ、δ）为靶点,利用计算机辅助药物设计（computer aided drug design,CADD）和有机合成方法,设计、合成出针对PTP-1B和PPAR-α、γ、δ的多靶点降糖先导化合物,并通过分子动力学证明其理论活性,以探索多靶点作用化合物在治疗Ⅱ型糖尿病中的前景,并为多靶点降糖先导化合物的结构改造及活性测定奠定基础。方法:从布鲁克海文蛋白数据库分别下载所有人源PTP-1B和PPAR-α、γ、δ的蛋白残基序列和晶体结构,利用Vector NTI Suite 9.0中的AlignX模块和Schrodinger Suite 2009 中 Protein structure alignment 模块分别对各靶点蛋白不同PDB编号的一级序列及立体结构进行比对。通过融合PTP-1B抑制剂和PPAR-α、γ、δ泛激动剂的结构特征,建立多靶点降糖先导物的结构特征,根据此特征及分子类药性、合成的可行性,从商业化合物库和我们正在研究的结构中,选取模块组建化合物库,并利用Schrodinger Suite 2009软件中的Glide模块对所建立的化合物库进行虚拟筛选。分子动力学模拟研究利用GROMACS 4.0软件包,将PTP-1B及PPAR-α、γ、δ靶点的空载蛋白及各靶点与筛选结果较好的苯氧酸类配体小分子复合物共8个模型分别进行10 ns的分子动力学模拟。最后通过检索Beilstein及Sci Finder数据库,对虚拟筛选出的部分化合物进行有机合成研究,苯氧酸类及吗啉类化合物通过亲核取代反应将亲脂部分与极性部分连接起来得到;咪唑烷-2,4-二酮类化合物通过克脑文盖尔反应将海因与对羟基苯甲醛缩合,再将氮原子烷基化得到,该系列双键氢化产物采用先对咪唑烷-2,4-二酮中间体氢化再连接亲脂部分得到。所有化合物通过核磁共振氢谱和质谱进行结构确证。结果:蛋白一级序列及立体结构比对结果表明各靶点所有PDB编号的蛋白一级序列有较高的相似度与同源性,序列比较保守;蛋白骨架二级结构叠合相似度高,只是在部分非活性中心有细微差别。通过对所建立的PTP-1B及PPAR-α、γ、δ多靶点降糖化合物库的虚拟筛选,得到一系列以柔性连接基团连接一个适当体积芳香基团的苯氧酸类与咪唑烷-2,4-二酮类衍生物。对接结果显示它们可与各靶点重要残基形成氢键网络,具有潜在的多靶点作用特性,可以作为针对PTP-1B及PPAR-α、γ、δ的多靶点降糖先导化合物。分子动力学结果表明模拟过程中各靶点与配体复合物体系是稳定的,结合位点是正确的。作为抑制剂,小分子配体与PTP-1B酶的P-Loop区域残基（如Cys215）形成稳定的氢键作用,牢牢占据PTP-1B的催化位点,同时使WPD-Loop残基波动增大,无法稳定于闭构象,从而抑制酶的活性;作为激动剂,小分子配体可以在PPAR配体结合位点灵活波动并与受体AF-2螺旋周期性地形成氢键,从而使AF-2螺旋稳定于激活构象。最后通过有机合成得到19个目标化合物,活性正在天津药物研究院测定中。结论:本研究通过对所建立的PTP-1B及PPAR-α、γ、δ多靶点降糖小分子库的虚拟筛选,得到一系列多靶点降糖先导化合物,分子对接及分子动力学模拟初步证明其可以抑制PTP-1B并同时激动PPAR-α、γ、δ,具有理论活性,表明基于PTP-1B及PPAR-α、γ、δ的多靶点降糖化合物在糖尿病的治疗中具有一定可行性;并对部分代表性化合物进行了合成,为多靶点降糖先导化合物的结构改造及活性测定奠定了基础。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 缩略语/符号说明
• 前言
• 研究现状、成果
• 研究目的、方法
• 一、化合物的设计
• 1.1 靶点的确证
• 1.1.1 蛋白一级序列比对
• 1.1.2 蛋白质分子立体结构叠合
• 1.1.3 结果及讨论
• 1.2 靶点选择及活性位点分析
• 1.3 分子库建立及虚拟筛选
• 1.3.1 分子库的建立
• 1.3.2 对接方法的验证
• 1.3.3 虚拟筛选
• 1.3.4 结果及讨论
• 1.4 小结
• 二、分子动力学模拟研究
• 2.1 模拟方法
• 2.2 数据处理方法
• 2.3 结果及讨论
• 2.3.1 体系稳定性分析
• 2.3.2 体系RMSD分析
• 2.3.3 体系RMSF分析
• 2.3.4 体系重要原子间距离分析
• 2.4 小结
• 三、化合物的合成
• 3.1 合成方法
• 3.1.1 含苯氧酸结构单元化合物的合成
• 酮结构单元化合物的合成'>3.1.2 含咪唑烷-2,4-_酮结构单元化合物的合成
• 3.1.3 含吗啉结构单元化合物的合成
• 3.2 合成实验部分
• 3.2.1 仪器与试剂
• 3.2.2 合成步骤及结果
• 3.3 讨论
• 3.3.1 中间体1的合成
• 3.3.2 中间体2的合成
• 3.3.3 2-[4-（2-羟基丙氧基）苯氧基]乙酸乙酯（11）的合成
• 3.3.4 含咪唑烷-2,4-二酮结构单元化合物的合成
• 3.3.5 关于氨基保护
• 3.4 小结
• 结论
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 附录
• 综述 多靶点作用药物研究进展及其在糖尿病治疗中的前景
• 综述参考文献
• 致谢