吲哚和吡唑融合甘草酸衍生物作为强效PTP1B抑制剂的优化：计算机模拟、体外实验、体内实验及代谢组学研究

《ACS Bio & Med Chem Au》：Optimization of Indole- and Pyrazole-fused Glycyrrhetinic Acid Derivatives as Potent PTP1B Inhibitors: In Silico, In Vitro, In Vivo, and Metabolomic Studies

胰岛素敏感性、蛋白酪氨酸磷酸酶1B（PTP1B）抑制剂、代谢组学分析、选择性抑制、分子动力学模拟、糖尿病治疗、糖脂代谢调控、细胞毒性评估、动物模型、氟代衍生物

　　在当前全球范围内，糖尿病已成为一个严重影响人类健康的慢性代谢性疾病。根据世界卫生组织（WHO）的报告，糖尿病患者数量持续上升，尤其在20至79岁的成年人群中，这一疾病占据了11.1%的比例，预计到2050年，这一比例将增加13.0%。这一趋势不仅给个人健康带来挑战，也对社会医疗资源构成了巨大压力。面对这一挑战，科学家们不断探索新的治疗方法，其中蛋白质酪氨酸磷酸酶1B（PTP1B）作为调控胰岛素和瘦素信号通路的关键酶，被广泛认为是治疗2型糖尿病（T2DM）的一个潜在靶点。PTP1B的异常表达与胰岛素抵抗、肥胖、以及多种疾病如乳腺癌、胰腺癌、心血管疾病、脂肪肝和衰老有关。因此，开发针对PTP1B的高效且特异性的抑制剂，不仅有助于改善胰岛素抵抗和血糖调节，还可能为相关疾病提供新的治疗策略。

本研究聚焦于合成并评估一系列含有吲哚和吡唑环的甘草酸（GA）衍生物对PTP1B的抑制作用。这些化合物分别针对PTP1B的长形式（hPTP1B1–400）和短形式（hPTP1B1–285）进行测试，并进一步评估其对T细胞蛋白酪氨酸磷酸酶（TCPTP）的特异性。通过分子对接和分子动力学模拟，研究人员深入探讨了这些化合物与PTP1B的结合模式。同时，利用气相色谱-质谱（GC-MS）技术对最有效的PTP1B抑制剂在HepG2细胞中的代谢变化进行了分析。此外，这些化合物还被评估其在STZ诱导的糖尿病小鼠模型中的体内抗胰岛素抵抗效果，以期为治疗T2DM提供新的药物候选分子。

研究结果表明，化合物4b（吲哚环融合）和5g（吡唑环融合）对PTP1B长形式的抑制作用显著优于短形式，这提示这两种化合物更倾向于与PTP1B的无序C端区域结合。分子对接和分子动力学模拟支持了这一发现，进一步揭示了这些化合物在PTP1B结合位点的稳定性和亲和力。值得注意的是，这些GA衍生物的抑制效果优于已知的PTP1B抑制剂如乌索酸和Ertiprotafib，同时显示出对TCPTP的特异性，这表明它们具有较高的选择性，从而降低了潜在的毒性风险。

从生物活性的角度来看，这些GA衍生物对HepG2细胞中的代谢途径产生了显著影响。代谢组学分析显示，这些化合物能够提高泛酸（维生素B5）和甘氨酸的水平，同时降低葡萄糖和脂肪酸的水平，这表明它们可能通过增强糖酵解和减少脂肪生成来改善细胞的代谢状态。这种代谢变化可能与胰岛素敏感性的提高有关，从而为T2DM的治疗提供新的思路。此外，这些化合物在HFF-1细胞中表现出较低的细胞毒性，这表明它们在体内具有一定的安全性和耐受性。

在体内评估方面，化合物4b、4g和5g在STZ诱导的糖尿病小鼠模型中显示出显著的改善胰岛素敏感性的效果。其中，5g表现出比已知的胰岛素增敏药物吡格列酮（Pioglitazone）更强的活性，其在胰岛素耐受测试（ITT）中显著降低了血糖水平，甚至在45分钟后的血糖变化与正常小鼠相似。这一结果提示，5g可能具有较强的体内抗糖尿病潜力，为未来的药物开发提供了重要的候选分子。

从合成方法的角度来看，研究人员通过一系列化学反应合成了14种GA衍生物，包括吲哚和吡唑环融合的化合物。合成过程中，通过优化反应条件，如使用不同的溶剂和温度，提高了产物的产率。例如，通过使用二甲基甲酰胺（DMF）代替乙醇，显著提高了某些化合物的产率。此外，通过引入极性基团如氰基、羧基、氨基甲酸酯和磺酰胺基团，进一步优化了化合物的生物活性和选择性。这些基团的引入不仅提高了化合物对PTP1B的抑制效果，还改善了其药代动力学特性，使其具有更高的生物利用度和较低的脂溶性。

分子对接和分子动力学模拟的结果显示，这些化合物能够与PTP1B的无序C端区域形成稳定的结合，这可能与该区域的结构特点有关。该区域的无序结构使得化合物能够通过不同的结合模式与PTP1B相互作用，从而提高其选择性。这种结合方式可能涉及氢键、盐桥、π-阳离子相互作用等，这些相互作用在增强化合物的结合亲和力和稳定性方面发挥了重要作用。

综上所述，本研究不仅合成了一系列具有不同取代基团的GA衍生物，还通过多种实验方法评估了它们对PTP1B的抑制活性、选择性、细胞毒性以及在体内的抗糖尿病效果。研究结果表明，某些化合物在抑制PTP1B和改善胰岛素敏感性方面表现出显著的优势，这为未来的药物开发提供了重要的理论依据和实验数据支持。此外，研究还揭示了化合物的结构与活性之间的关系，为设计更有效的PTP1B抑制剂提供了指导。这些发现不仅有助于理解PTP1B在糖尿病和相关疾病中的作用机制，也为开发新的治疗策略提供了科学基础。