新型查尔酮与嘧啶衍生物的合成及其作为2型糖尿病抗糖尿病药物的体外与体内研究

本研究针对2型糖尿病(T2-DM)治疗中现有药物如二甲双胍(MTF)的副作用问题，通过化学修饰设计合成新型查尔酮(1a-c)和嘧啶衍生物(2a-c)，证实化合物1c和2c在体外(α-淀粉酶/α-葡萄糖苷酶抑制)和体内(STZ诱导糖尿病大鼠模型)均表现出显著抗糖尿病活性，为开发新型T2-DM治疗药物提供了候选分子。

　　

研究背景
2型糖尿病(T2-DM)已成为全球最普遍的代谢性疾病，其核心病理特征包括胰岛素分泌缺陷和胰岛素抵抗。尽管二甲双胍(MTF)作为一线药物能通过改善胰岛素敏感性降低血糖，但长期使用可能导致乳酸酸中毒、胃肠道反应等副作用。更棘手的是，合并肝肾功能障碍的患者对现有药物耐受性较差。因此，开发新型高效低毒的抗糖尿病药物迫在眉睫。

天然产物衍生物因其结构多样性和生物活性备受关注。查尔酮——这类黄酮类化合物的前体物质，不仅结构稳定易于修饰，更展现出调控多种疾病相关信号通路的潜力。已有研究表明，某些查尔酮衍生物可通过激活LKB1/AMPK通路促进葡萄糖摄取，或抑制α-淀粉酶/α-葡萄糖苷酶延缓碳水化合物分解。而嘧啶作为药物化学中的"优势骨架"，在抗糖尿病药物如阿格列汀中已显示出明确疗效。将MTF与这些活性骨架结合，可能产生协同增效作用。

关键技术方法
坦塔大学化学系的研究团队采用乙酰丙酮与芳香醛缩合合成查尔酮(1a-c)，再与MTF反应构建嘧啶衍生物(2a-c)。通过FT-IR、¹H NMR和¹³C NMR进行结构确证。体外实验包括：3T3-L1脂肪细胞葡萄糖摄取实验、α-淀粉酶/α-葡萄糖苷酶抑制实验；体内采用54只STZ诱导的糖尿病大鼠模型，分组评估化合物对血糖、胰岛素敏感性的影响。采用ADMET lab 2.0预测药代性质，AutoDock Vina进行分子对接（靶点包括DPP-4、PTP1B等）。

研究结果
化学合成与表征
通过克莱森-施密特缩合反应获得三个查尔酮衍生物(1a-c)，其与MTF的环化反应成功构建嘧啶杂环(2a-c)。元素分析和光谱数据证实所有化合物纯度＞95%，其中2c的熔点显著高于母体化合物（218-220°C vs 1c的156-158°C），提示结构修饰改变了物理性质。

体外活性评价
葡萄糖摄取实验显示，1c和2c处理组细胞葡萄糖消耗量较MTF组提高42%（p<0.01）。酶抑制实验中，1a对α-葡萄糖苷酶的IC₅₀为8.3 μM，优于阿卡波糖（12.5 μM）；2c对DPP-4和PTP1B的结合能分别达-9.7 kcal/mol和-7.7 kcal/mol，表明其可能通过多靶点发挥作用。

体内药效学研究
糖尿病大鼠经1c/2c治疗4周后：

• 空腹血糖下降57%（vs模型组p<0.001）
• 胰岛素敏感性指数改善2.3倍
• 胰腺组织病理显示β细胞凋亡减少40%
  值得注意的是，2c组大鼠未出现MTF常见的腹泻症状，提示毒性降低。

分子机制探讨
Western blot分析发现1c/2c能上调PI3K p85亚基磷酸化水平，激活下游Akt信号。这与分子对接结果一致——2c的嘧啶环与PTP1B催化中心的Arg221形成盐桥，可能通过变构抑制恢复胰岛素信号传导。

结论与意义
该研究首次将MTF结构整合到查尔酮-嘧啶杂合体系中，创制出兼具碳水化合物代谢调控和胰岛素信号通路激活双重功能的候选药物。特别值得注意的是：

1. 化合物2c展现出"一石多鸟"特性：同时靶向DPP-4、PTP1B和碳水化合物水解酶
2. 结构-活性关系表明，苯环4位的甲氧基取代对α-葡萄糖苷酶抑制至关重要
3. 体内外数据的一致性验证了"杂合药物"设计策略的可行性

这些发现不仅为T2-DM治疗提供了优于MTF的候选分子，更开创了通过骨架融合策略优化经典药物的新思路。未来研究可进一步探索这类化合物对糖尿病并发症（如肾病、神经病变）的改善作用。论文发表于《Bioorganic Chemistry》2023年第130卷。