综述：MHC I类分子胞质区作为分子开关：基于短线性基序与固有无序区的视角

《Biomolecules》：The Cytoplasmic Domain of MHC Class I Molecules as a Molecular Switch: A Perspective from Short Linear Motifs and Intrinsically Disordered Regions

　　

糖尿病尤其是2型糖尿病（T2DM）是全球重大公共卫生挑战，其患病率随肥胖及久坐生活方式的流行持续升高。T2DM以胰岛素抵抗及进行性β细胞功能障碍为核心病理特征，可导致慢性高血糖及多种并发症。在已探索的治疗靶点中，蛋白酪氨酸磷酸酶1B（PTP1B）是胰岛素信号通路的关键负调控因子，通过催化胰岛素受体及其下游底物的去磷酸化削弱胰岛素作用，参与代谢功能紊乱。除调控糖稳态外，PTP1B还参与肥胖、糖尿病并发症、神经退行性疾病及肿瘤的发生发展，是多疾病领域的潜在多功能治疗靶点。然而，PTP1B催化位点高度保守且极性较强，导致选择性及细胞膜通透性难以兼顾，抑制剂开发长期受限。近期研究聚焦于变构调控及多位点抑制等策略以突破上述瓶颈。本综述系统梳理了2019–2025年报道的合成类PTP1B抑制剂及天然来源抑制剂，重点涵盖2022年以后发现的天然产物，同时纳入代表性早期研究以提供历史背景并阐明典型结构类型与抑制机制。尽管PTP1B仍是极具吸引力的治疗靶点，其在糖尿病治疗中的临床转化尚未实现，但药物化学及变构调控领域的持续进展有望克服当前转化壁垒。

1. 1.
   引言
   糖尿病是全球范围内患病率持续攀升的慢性代谢性疾病，据国际糖尿病联盟（IDF）2024年第11版糖尿病地图统计，全球20–79岁成年人糖尿病患者已达约5.887亿，占该年龄段总人口的11.1%，其中近半数患者未被确诊，预计2050年患病人数将增至8.525亿。T2DM占糖尿病病例的90%以上，与肥胖、缺乏体力活动及不健康饮食模式密切相关，其核心病理生理机制为胰岛素抵抗合并β细胞功能进行性衰退。除已获批的临床靶点如二肽基肽酶-4（DPP-4）、游离脂肪酸受体1（FFAR1）、α-葡萄糖苷酶、过氧化物酶体增殖物激活受体（PPARs）、钠-葡萄糖协同转运蛋白2（SGLT2）、胰高血糖素样肽-1（GLP-1）受体外，PTP1B因其在胰岛素信号转导中的关键作用成为抗糖尿病药物研发的重点靶标。PTP1B定位于内质网（ER），通过去磷酸化胰岛素受体及胰岛素受体底物（IRS）家族成员负向调控胰岛素信号，其过表达可诱导胰岛素抵抗，而基因敲除则增强胰岛素敏感性、改善糖耐量并对抗饮食诱导的肥胖。此外，PTP1B还通过调控Janus激酶2（JAK2）的去磷酸化抑制瘦素信号通路，参与能量平衡及肥胖发生，并进一步通过调控胰岛素样生长因子1受体（IGF-1R）影响细胞生长与存活，在阿尔茨海默病及肿瘤等多种疾病中发挥重要作用。鉴于其多通路调控特征，PTP1B已成为连接糖代谢、能量平衡及细胞增殖的核心分子节点，也是“代谢综合征”“3型糖尿病”等概念的重要分子基础。本综述聚焦天然及合成来源PTP1B抑制剂的最新进展，重点总结2022年以后发现的天然产物，辅以经典研究案例，为糖尿病及相关疾病的靶向干预提供理论依据。
2. 2.
   PTP1B：结构、亚型、催化机制及调控
   PTP1B又称非受体型蛋白酪氨酸磷酸酶1（PTPN1），由435个氨基酸组成，其中N端1–278位残基构成高度保守的催化结构域，C端延伸区包含35个氨基酸左右的疏水靶向序列，介导其锚定于内质网膜胞质侧。生化研究中常用的截短体（1–321位残基）缺失膜定位区但保留完整催化活性。其催化机制依赖活性中心亲核残基Cys²¹⁵，通过两步反应完成磷酸酪氨酸（pTyr）的去磷酸化：首先Cys²¹⁵硫醇基攻击底物磷原子形成磷酸半胱氨酸中间体，随后经水解再生活性酶。催化口袋可分为四个结合区域：主催化口袋（A位点）高度保守，是底物识别的核心区域；B位点为较浅的疏水口袋，包含Tyr²⁰、Arg²⁴等残基，适合设计双齿配体以提高亲和力与选择性；C位点为溶剂暴露的平坦区域，可容纳带负电取代基；D位点为半封闭口袋，包含Tyr⁴⁶、Glu¹¹⁵等残基，对抑制剂效力及选择性贡献显著。除结构特征外，PTP1B活性还受氧化、磷酸化及SUMO化等翻译后修饰调控，其中活性中心Cys²¹⁵的可逆氧化是其生理调控胰岛素信号的重要机制，也为间接调控提供了潜在靶点。
3. 3.
   PTP1B抑制策略及与低分子量蛋白酪氨酸磷酸酶（LMW-PTP）的比较
   传统仅靶向A位点的抑制剂因依赖强酸性pTyr模拟基团，常面临选择性差及细胞膜通透性低的缺陷。多位点结合策略通过同时占据A位点及邻近非催化区域，可在降低对带电基团依赖的同时提高亲和力与选择性，目前已鉴定出AC型、AB型、ABC型及ADC型等多类结合模式。变构调控是另一重要方向，已发现两个主要变构口袋：其一位于催化位点约20 ?处，通过稳定WPD环（Trp¹⁷⁹-Pro¹⁸⁰-Asp¹⁸¹）的开放失活构象抑制酶活性；其二位于Leu⁷¹-Lys⁷³ β折叠与Leu²⁰⁴-Pro²¹⁰环之间的疏水口袋，可通过远程构象传递调控催化功能。由于PTP1B与T细胞蛋白酪氨酸磷酸酶（TCPTP）催化域序列相似性高达86%，单一催化位点抑制易产生脱靶效应，而双靶点抑制虽可避免代偿性信号激活，但需警惕TCPTP在造血及免疫调节中的生理功能相关毒性。LMW-PTP属于II类蛋白酪氨酸磷酸酶，由酸性磷酸酶1（ACP1）基因编码，存在IF1及IF2两种剪接异构体，其中IF1与胰岛素抵抗密切相关。其催化核心由Cys¹²、Arg¹⁸及Asp¹²⁹组成，同样依赖Cys¹²的可逆氧化调控活性，但分子体积较小、辅助结合口袋有限，抑制剂设计难度更高。尽管PTP1B研究更为深入，LMW-PTP仍是有潜力的互补靶点，两者结构、机制及功能的差异解析将为磷酸酶靶向药物研发提供新思路。
4. 4.
   LMW-PTP抑制剂：SPAA衍生物及构效关系
   目前已报道的LMW-PTP抑制剂普遍存在效力及选择性不足的问题。早期研究发现磺酸及膦酸衍生物可作为竞争性抑制剂，其中膦酸类活性更优。头孢磺啶作为第三代β-内酰胺类抗生素，被发现具有PTP1B抑制活性，其含有的磺酰苯乙酰胺（SPAA）片段被证实为新型pTyr模拟药效团，为LMW-PTP选择性抑制提供了结构基础。高通量筛选SPAA类库获得了化合物28，其对LMW-PTP的选择性超过24种其他磷酸酶50倍以上。值得注意的是，SPAA骨架的细微结构修饰可显著改变异构体选择性，部分衍生物对PTP1B抑制活性更强，凸显构效关系的敏感性。He等人对SPAA-1的系统结构优化明确了关键药效特征：磺酸基团为必需药效团，其生物电子等排替换仅膦酸可被接受；苯环并非活性必需，移除后活性略有提升；苄噻唑环的取代修饰耐受性较好，但非亲和力主要决定因素；而将亚甲基连接臂替换为NH形成的脲基衍生物SPAA-52可通过与Asp¹²⁹形成双齿氢键，使IC₅₀降至0.004 μM，对24种磷酸酶的选择性超过8000倍，Ki值达1.2 nM。除高选择性抑制剂外，虚拟筛选还发现了海因骨架的双靶点抑制剂H3及S6，其对PTP1B及ACP1均表现出中等抑制活性，为双磷酸酶调控提供了候选分子。
5. 5.
   天然来源PTP1B抑制剂
   天然产物是PTP1B抑制剂的重要来源，涵盖脂肪酸、酚类衍生物、萜类、甾体及生物碱等结构类型，其结构多样性及适中的亲脂性使其更易结合外周位点，改善选择性及膜通透性。从Orthosiphon stamineus中分离的松香烷型二萜类化合物对PTP1B表现出混合竞争、非竞争及反竞争等多种抑制模式，其中化合物6的IC₅₀达0.33 μM。绞股蓝来源的达玛烷型三萜类化合物7–10的IC₅₀为4.26–8.59 μM，其中7、8为竞争性抑制剂，9、10为混合型抑制剂。Aglaia perviridis中的同类三萜8–10可同时抑制PTP1B及α-葡萄糖苷酶，具有多靶点抗糖尿病潜力。蛇足石杉中的锯齿烷型三萜1、3、5、6为竞争性抑制剂，IC₅₀为4.65–23.60 μM，其中C-3位的二氢对香豆酰取代及C-21位羟基的立体构型显著影响活性。甘草次酸本身为弱抑制剂，但其A环融合吲哚或N-苯基吡唑的衍生物4f及5f为非竞争性抑制剂，效力分别提升25倍及14倍。胆酸及石胆酸等甾体类衍生物经半合成优化后，化合物6h表现出可逆混合型抑制特征及7倍于TCPTP的选择性。黄酮类及酚类化合物亦是重要来源：蔊菜中的碳糖苷黄酮夏佛托苷IC₅₀为6.40 μM；发酵小米中的牡荆素及牡荆素2″-O-鼠李糖苷、印度红糙米中的没食子酸、葡萄籽油中的松脂醇及槲皮素均表现出抑制活性。绿茶中的表没食子儿茶素没食子酸酯（EGCG）为混合型非竞争性抑制剂，Ki值达26 nM，其多羟基结构支持多位点结合，但高极性及代谢不稳定性限制了成药性。阿米大戟中的香豆素衍生物佛手柑内酯及欧前胡素为非竞争性抑制剂，IC₅₀分别为6.64 μM及9.94 μM，其平面芳香结构利于结合疏水性变构口袋，是变构抑制剂开发的优选骨架。天然产物的多靶点特征虽可能带来协同效应，但也增加了机制解析的复杂性。
6. 6.
   合成及多靶点PTP1B抑制剂
   6.1 合成PTP1B抑制剂
   噻唑烷二酮（TZD）类PPAR-γ激动剂洛贝格列酮可非竞争性抑制PTP1B，IC₅₀为42.8 μM，体现了老药新用的潜力。其等排体咪唑烷二酮（IZD）骨架经亚胺化修饰后，Z型双键构型对双齿抑制至关重要。在TZD及IZD骨架上引入红藻溴酚片段得到的杂合分子，部分二苄基取代衍生物IC₅₀低至0.86 μM，溴酚基团可通过疏水及卤键作用增强外周位点结合。变构咪唑烷酮衍生物靶向第二个变构口袋，其中化合物7f的IC₅₀达2.7 μM，通过非竞争性机制发挥抑制作用。黄酮类母核色原酮与TZD通过酰胺连接构建的杂合分子9对PTP1B的IC₅₀为1.40 μM，对TCPTP的选择性达19倍，对位甲基及甲氧基取代、间位硝基取代可显著提升活性。TZD与1,3,4-噻二唑连接的杂合分子M17为非竞争性抑制剂，IC₅₀为0.41 μM，对位取代衍生物活性最优。计算机辅助药物设计（CADD）亦取得进展：基于CDOCKER虚拟筛选获得的先导化合物经结构优化后得到IZD衍生物10，IC₅₀为2.07 μM；针对1.08亿级化合物库的虚拟筛选获得了PubChem-10906421等三个候选分子，但尚未经酶学验证。呋喃香豆素类衍生物中，羧基可与催化位点Gln²⁶⁶及Arg²²¹形成氢键及离子相互作用，疏水性母核结合外周口袋，多数衍生物对PTP1B具有优于TCPTP的选择性。
   6.2 多靶点PTP1B抑制剂
   多靶点策略旨在同时调控糖稳态相关互补通路，但平衡各靶点活性仍是难点。双重PTP1B/α-葡萄糖苷酶抑制剂可同时改善胰岛素敏感性并降低餐后血糖，香豆素-恶二唑衍生物5j、苯并呋喃-查尔酮杂合体15、简化香豆素衍生物8a及三唑-缩氨基硫脲衍生物7a等均为代表性分子，其中天然多酚8-C-抗坏血酰-(-)-表没食子儿茶素可下调PTP1B表达并抑制α-葡萄糖苷酶，青钱柳中的达玛烷三萜8及26也保留了双重活性。双重PTP1B/醛糖还原酶（AR）抑制剂可同时干预胰岛素抵抗及糖尿病并发症，TZD衍生物4f对AR及PTP1B的IC₅₀分别为5.3 μM及12.7 μM；海洋多酮磷酸酯磷依莱加宁对PTP1B的IC₅₀达0.7 μM，为非竞争性抑制剂；海绵倍半萜阿瓦酮对AR及PTP1B的IC₅₀分别为78 nM及6.7 μM，且为中性非磷酸化骨架，拓展了抑制剂设计思路。更广泛的四靶点抑制剂同时作用于PTP1B、α-葡萄糖苷酶、α-淀粉酶及DPP-4，嘧啶-硫脲-葡萄糖杂合体8f对各靶点的IC₅₀分别为5.62 μM、23.62 μM、12.15 μM及2.23 μM；基于香草醛-吗啉-TZD骨架融合gliptin药效团得到的衍生物56表现出均衡的多靶点活性。PTP1B与血管内皮生长因子受体2（VEGFR-2）的双重调控有望同时改善代谢异常及血管并发症，但目前尚无成熟分子报道，是该领域未来的探索方向。
7. 7.
   双重及多靶点PTP1B抑制剂的批判性视角
   多靶点策略契合T2DM的多因素致病特征，但不同靶点的电子及空间需求差异使得单一分子难以实现均衡活性，多数化合物呈现不对称的抑制谱，且结构复杂度的提升往往伴随理化性质、通透性及代谢稳定性的恶化。天然产物及海洋来源骨架证明了非磷酸化结构的双重抑制潜力，但临床转化仍需系统的成药性优化。未来研究需依托结构生物学指导的多靶点设计，并将ADME性质及安全性评价前置，方能突破现有瓶颈。代表性抑制剂的活性、机制及来源比较显示，催化位点抑制剂虽效力较高，但变构及多靶点策略在选择性及药理相关性上更具优势，标志着PTP1B药物研发正从单一靶点抑制向整合式设计范式转变。
8. 8.
   糖尿病领域临床试验
   尽管临床前研究进展显著，进入临床评估的PTP1B靶向药物仍十分有限。曲度司奎明为首个进入临床的非竞争性变构抑制剂，对TCPTP的选择性约200倍，IC₅₀约1 μM，近年因对α-突触核蛋白毒性及TDP-43蛋白病的保护作用，在帕金森病治疗中重新获得关注，但糖尿病适应症的II期临床未获进一步推进。埃替普妥非布通过诱导PTP1B聚集发挥抑制作用，IC₅₀为1.4 μM，但因非特异性聚集机制及脱靶效应终止开发。JTT-551为竞争性抑制剂，Ki值为0.22 μM，对TCPTP选择性达42倍，但临床疗效不足以支持后续开发。反义寡核苷酸ISIS-113715因受试者招募不足终止II期临床。上述案例表明，PTP1B临床转化的核心挑战已从酶抑制效力转向药代动力学、靶标占据率、安全性及试验设计的综合优化。值得关注的是，PTPN2/PTP1B双重抑制剂AC484及ABBV-CLS-579已进入肿瘤I期临床，但双敲除小鼠的胚胎致死及骨髓发育不全表型提示该组合可能存在不可预测的毒性风险，为靶点选择提供了新的警示。
9. 9.
   结论
   PTP1B是极具吸引力但极具挑战性的治疗靶点，其催化口袋的高度保守性及强极性长期制约了小分子抑制剂的开发，早期临床失败案例凸显了效力、选择性、成药性及组织特异性活性平衡的重要性。近年来，药物化学策略已从单一催化位点抑制转向变构调控、多位点配体设计及天然骨架杂合等方向，多靶点策略也呼应了T2DM的多因素致病特征，但多靶点活性的均衡调控仍是核心难点。结构生物学、构象动力学及计算模拟的进步为理性设计提供了支撑，可逆共价调控、靶向蛋白降解及组织选择性递送系统等新兴技术有望进一步拓展治疗窗口。尽管PTP1B在糖尿病治疗中的临床转化尚未实现，但过去十年的研究积累为后续突破奠定了坚实基础，多学科交叉的整合策略将是推动该靶点走向临床成功的关键。