水田芥来源的芥子油苷作为潜在变构PTP1B抑制剂：一项基于胰岛素信号调控的双重计算机与实验研究

本研究针对2型糖尿病治疗关键靶点蛋白酪氨酸磷酸酶1B(PTP1B)，通过计算机辅助设计与体外实验相结合的策略，首次系统评价了水田芥中四种芥子油苷的抑制潜能。研究发现glucoerucin(IC50=6.07μM)和gluconasturtiin(IC50=7.65μM)通过非竞争性机制靶向PTP1B变构位点，其结合自由能分别达-17.18和-13.54 kcal/mol，为开发天然来源的胰岛素增敏剂提供了新思路。

　　

在代谢性疾病治疗领域，蛋白酪氨酸磷酸酶1B(PTP1B)犹如一个"分子刹车"，通过去磷酸化作用负调控胰岛素受体信号通路。这个关键酶已成为2型糖尿病和肥胖治疗的重要靶点，但现有抑制剂面临选择性差、生物利用度低等挑战。与此同时，十字花科植物中的芥子油苷类化合物因其独特的代谢调节作用日益受到关注，然而其对PTP1B的调控机制尚属未知。

针对这一科学问题，来自贝尼苏韦夫大学、伊玛目穆罕默德·本·沙特伊斯兰大学等机构的研究团队Noha A.Ahmed*等人在《BMC Chemistry》发表创新性研究，首次揭示水田芥(Nasturtium officinale)中四种芥子油苷作为潜在PTP1B变构抑制剂的分子机制。通过整合计算机模拟与体外验证的双重策略，发现glucoerucin和gluconasturtiin能通过变构机制高效抑制PTP1B活性，其结合稳定性和抑制效力与临床前化合物相当，为开发新一代天然来源的胰岛素增敏剂提供了重要线索。

研究人员采用多学科交叉的研究方法：从水田芥中分离纯化四种芥子油苷；运用分子对接预测结合模式；进行200 ns分子动力学(MD)模拟评估复合物稳定性；采用MM/PBSA计算结合自由能；通过体外酶抑制实验测定IC₅₀值；结合酶动力学分析抑制类型；最后通过ADMET预测药代动力学特性。

分子对接与结合模式分析显示，四种芥子油苷均能结合PTP1B变构位点，其中gluconasturtiin结合能最低(-7.2 kcal/mol)。关键结合残基Phe280和Phe196通过π-π堆积作用稳定配体，这一发现为变构抑制提供了结构基础。

分子动力学模拟与稳定性研究通过200 ns轨迹分析揭示，glucoerucin和gluconasturtiin复合物的RMSD波动最小，蛋白骨架偏差维持在0.2-0.3 nm范围内。势能景观(PEL)分析显示这两个化合物使系统处于最深能量阱中，证实其诱导的构象最稳定。

结合自由能与能量分解通过MM/PBSA计算发现，glucoerucin总结合自由能(△G_total=-17.18±3.51 kcal/mol)显著优于其他化合物，主要驱动力来自范德华力(△E_vdw=-25.27 kcal/mol)和静电作用(△E_ele=-25.88 kcal/mol)。残基能量分解证实变构口袋关键残基贡献了主要结合能。

体外验证实验显示，glucoerucin(IC₅₀=6.07±0.69μM)和gluconasturtiin(IC₅₀=7.65±0.45μM)抑制效力与阳性对照ursolic acid(IC₅₀=7.11±0.95μM)相当。酶动力学分析显示K_i值分别为6.29μM和7.02μM，Lineweaver-Burk双倒数作图证实为非竞争性抑制模式。

ADMET特性预测表明，虽然化合物具有良好水溶性(logS=-1.47至-2.15)和代谢稳定性(无CYP抑制)，但拓扑极性表面积(TPSA=199.79-236.07?²)导致胃肠道吸收差(生物利用度评分0.11)，这为后续结构优化指明了方向。

这项研究首次系统阐明了水田芥芥子油苷作为PTP1B变构抑制剂的分子机制，其创新价值体现在三个方面：首先，发现glucoerucin和gluconasturtiin通过变构机制抑制PTP1B，避免了传统抑制剂靶向保守催化位点导致的 selectivity 问题；其次，MD模拟揭示的Phe280/Phe196关键相互作用为变构调节提供了结构模板；最后，虽然化合物存在口服生物利用度限制，但其独特的硫苷结构为开发代谢稳定的前药提供了理想骨架。这些发现不仅丰富了天然产物调控胰岛素信号通路的理论基础，也为开发新一代抗糖尿病药物提供了候选分子。