经过环胺修饰的二甲双胍衍生物，具有更强的葡萄糖摄取活性

《Results in Chemistry》：Cyclic amines-modified metformin derivatives with enhanced glucose uptake activity

环胺修饰的二甲双胍衍生物合成及其抗糖尿病活性研究，通过体外实验和分子模拟评估13种化合物，发现6和8显著增强葡萄糖摄取（p<0.05），分子对接显示8与GLUT1结合能最低（-7.9 kcal/mol），结合动力学模拟证实其稳定相互作用。所有衍生物均符合口服生物利用度药代动力学标准，为新型抗糖尿病药物设计提供依据。

　　在本研究中，科学家们致力于探索一种用于治疗2型糖尿病（T2DM）的新化合物设计。他们通过合成和评估十三种基于莫罗西丁（moroxydine）结构的环胺修饰的二甲双胍（metformin）衍生物，试图改善二甲双胍的药理特性。二甲双胍是目前治疗T2DM的一线药物，因其良好的疗效、安全性、低血糖风险以及经济性而被广泛使用。然而，其口服生物利用度较低以及可能的副作用限制了其长期使用。因此，研究者们希望通过结构修饰来提高其药物活性和生物利用度，同时减少不良反应。

### 1. 研究背景

2型糖尿病是一种慢性代谢疾病，其主要特征是胰岛素抵抗和葡萄糖稳态失调。根据全球疾病负担研究，2021年全球约有5.29亿人患有糖尿病，预计到2050年这一数字将增加到13.1亿。二甲双胍的机制主要是通过减少肝脏的糖异生作用并增强外周组织对胰岛素的敏感性来降低血糖。然而，随着病情的发展，许多患者需要联合用药，因为二甲双胍单药治疗往往无法维持长期的血糖控制。此外，二甲双胍可能导致胃肠道副作用，并且在肾功能不全的患者中使用存在禁忌。这些局限性促使研究者们探索二甲双胍的结构修饰，以改善其药理特性。

### 2. 化学合成

研究者们通过多种化学方法合成了这些环胺修饰的二甲双胍衍生物。首先，他们使用了等摩尔的浓盐酸（37%）将相应的环胺转化为盐酸盐。在50 mL反应瓶中，将环胺盐酸盐（10 mmol）、氰胍（dicyandiamide，10 mmol）和二甲苯（10 mL）混合，并在150°C下加热24小时。冷却至室温后，得到的粗产物以晶体形式析出，随后通过热乙醇重结晶进行纯化，产率在10%到49%之间。对于化合物4至7，研究者们使用了钠氰胍（sodium dicyanamide）和过量的环胺盐酸盐在130°C下加热24小时，同样通过重结晶进行纯化，产率在11%到48%之间。化合物8则通过在100 mL反应瓶中加入化合物2（10 mmol）、4-氟苯甲醛（10 mmol）和乙醇（50 mL），并在回流条件下加热24小时，随后通过旋转蒸发去除乙醇，并用乙酸乙酯进行研磨纯化，产率高达72%。对于化合物9至11，研究者们在乙醇中加热了相应的环胺和氰胍盐酸盐，通过重结晶纯化，产率在30%到40%之间。化合物12至13则是通过将相应的自由碱与浓盐酸反应得到，由于它们的高极性，使用硅胶柱层析纯化较为困难，但最终通过重结晶完成，产率分别为86%和97%。

### 3. 理论计算与分子对接

为了进一步评估这些化合物的生物活性，研究者们进行了分子对接和分子动力学（MD）模拟。他们首先选择了在细胞实验中表现出增强葡萄糖摄取活性的化合物6和8，以及二甲双胍作为对照。在分子对接过程中，化合物被转化为PDBQT格式，并在AutoDock Vina中进行预测，以分析其与葡萄糖转运蛋白1（GLUT1）的结合构象和亲和力。研究发现，化合物8的结合能量为-7.9 kcal/mol，远高于二甲双胍的-4.7 kcal/mol，表明其具有更强的结合能力。化合物6的结合能量为-6.6 kcal/mol，也显示出比二甲双胍更强的结合能力。这些结果支持化合物6和8在GLUT1上的高亲和力和稳定结合。

### 4. 生物学评估

在生物学评估中，研究者们使用了HepG2细胞进行细胞毒性和葡萄糖摄取实验。首先，他们通过MTT法评估了所有化合物的细胞毒性，结果显示所有化合物在测试浓度范围内（3.125–100 μg/mL）均未表现出显著的细胞毒性，表明它们在细胞中是安全的。随后，他们通过葡萄糖摄取实验评估了这些化合物的降血糖活性。结果显示，化合物6和8在25–100 μg/mL范围内表现出显著增强的葡萄糖摄取活性，与二甲双胍相比具有统计学意义（p < 0.05）。这表明，这些化合物可能在治疗糖尿病方面具有潜力。

### 5. 分子动力学模拟

为了进一步验证这些化合物与GLUT1的结合稳定性，研究者们进行了100 ns的分子动力学模拟。通过计算均方根偏差（RMSD），他们发现化合物6和8在模拟过程中表现出相对稳定的结合构象，而二甲双胍则显示出较高的波动性，表明其结合不够稳定。此外，均方根波动（RMSF）分析显示，化合物6在结合位点附近的波动较小，表明其具有更好的局部稳定性，而化合物8则在多个环状区域表现出更高的灵活性，但并未影响其整体结合能力。这些结果支持化合物6和8在GLUT1上的结合能力优于二甲双胍。

### 6. 药代动力学与ADMET参数

研究者们还通过SwissADME工具评估了这些化合物的药代动力学和ADMET参数。结果显示，所有化合物均符合Veber的标准，具有良好的口服生物利用度。其中，化合物8的脂溶性（log P = 2.25）优于二甲双胍（log P = 0.75），表明其具有更好的药代动力学特性。这些结果进一步支持化合物8在治疗T2DM方面的潜力。

### 7. 结论与展望

综上所述，这项研究为环胺修饰的二甲双胍衍生物的设计提供了有价值的见解。化合物6和8在体外和计算模拟中均表现出增强的生物活性和药代动力学潜力，值得进一步研究以验证其治疗效果。然而，研究者们也指出，HepG2细胞可能并不能完全代表胰岛素介导的葡萄糖摄取的主要部位，因此未来需要使用更生理相关的模型，如3T3-L1脂肪细胞和L6肌细胞，以及动物模型，以更全面地评估这些化合物的药理活性。此外，还需要进一步的结构活性关系（SAR）研究和体外验证，以评估化合物8作为葡萄糖摄取增强剂在糖尿病和代谢性疾病中的功能效果。