1、 威胁人类的三大疾病是什么！糖尿病药的使用研究开发现状是怎样的？应当怎样发现、发明安全有效的糖尿病药？基于已知PPAR/三重激动剂结构模板的新甾体PPAR/三重激动剂的设计、合成及初步安全有效性研究 Design,synthesis and evaluation of novel steroidal PPAR/triple activators using a known PPAR/triple activator as structural template 糖尿病已成为严重危害人类健康的第三大疾病，现有糖尿病药副作用大、临床疗效不理想，需研发新的糖尿病药物。分子药理学研究及安全有效性评价的
2、结果表明PPAR/三重激动剂是理想的2型糖尿病治疗药。目前，糖尿病药物研究新热点之一是对PPAR/三重激动剂的研究。本研究以已知的PPAR/三重激动剂分子为模版，综合常规药物合理设计原理设计了四大类共718个结构新颖甾体缀合的PPAR/三重激动剂。期望通过对其中的102个有代表性的化合物的合成和细胞分子水平上的安全有效性的初步评价，总结构效关系、了解生命体系中与糖脂代谢有关的大分子之间的作用和信息传递，了解糖尿病发生的分子行为，找到疗效好而副作用小的具有PPAR/三重激动活性的先导化合物。RRR=OOOHORNHOOHClOOOSClOOOH1314151617OHOOHOOHOOHOHOOH
3、OHOHOOOOHOOHOOHOHOOHOHOOOHOHOHOOHOOHOOOHOOOH1819202122232425262728293031(一一)立项依据与研究内容立项依据与研究内容 1.项目的立项依据项目的立项依据 说明：说明：为了简便，本报告把甾体结构与苯氧乙酸基本结构、苯乙酸基本结构、苄基乙氧基乙酸基本结构、烟酸基本结构或其它PPAR/三重激动剂的药效团拼合起来并加以结构修饰而形成的PPAR/三重激动剂简称为甾体缀合的PPAR/三重激动剂或进一步简称为甾体PPAR/三重激动剂。糖尿病已成为继心脑血管、癌症之后的严重危害人类健糖尿病已成为继心脑血管、癌症之后的严重危害人类健康的第三大
4、疾病。现有糖尿病药疗效和安全性仍不理想，康的第三大疾病。现有糖尿病药疗效和安全性仍不理想，世界范围内糖尿病药的设计思维活跃，对世界范围内糖尿病药的设计思维活跃，对PPAR/三重三重激动剂的研究意义重大。激动剂的研究意义重大。用组合化学原理设计系列含分子结构多样性用组合化学原理设计系列含分子结构多样性“类天然产物类天然产物”并合成之，然后在细胞水平上或分子水平上进行生物安全性和有并合成之，然后在细胞水平上或分子水平上进行生物安全性和有效性初步测试，以了解生命体系中与糖脂代谢有关的大分子之间效性初步测试，以了解生命体系中与糖脂代谢有关的大分子之间的作用和信息传递，了解糖尿病发生的分子行为，找到疗效
5、好而的作用和信息传递，了解糖尿病发生的分子行为，找到疗效好而副作用小的先导化合物受到了国家自然科学基金委的高度重视。副作用小的先导化合物受到了国家自然科学基金委的高度重视。WHO估计全球糖尿病患者已经接近估计全球糖尿病患者已经接近3亿。糖尿病已经成为亿。糖尿病已经成为继心脑血管、癌症之后的严重危害人类健康的第三大疾病。在继心脑血管、癌症之后的严重危害人类健康的第三大疾病。在临床上，糖尿病分为胰岛素依赖性糖尿病临床上，糖尿病分为胰岛素依赖性糖尿病(又称又称1型型)和非胰岛素和非胰岛素依赖性糖尿病依赖性糖尿病(又称又称2型型)，后者占糖尿病患者总数的，后者占糖尿病患者总数的90以上。以上。目前，糖
6、尿病药物研究主要集中点之一是在对目前，糖尿病药物研究主要集中点之一是在对PPAR/三重三重激动剂的研究上。激动剂的研究上。2型糖尿病的主要原因是胰岛素抵抗，胰岛素增敏剂可型糖尿病的主要原因是胰岛素抵抗，胰岛素增敏剂可降低机体对胰岛素的拮抗性，使胰岛素发挥正常作用，其降低机体对胰岛素的拮抗性，使胰岛素发挥正常作用，其作用靶点是过氧化物酶体增生体激活受体作用靶点是过氧化物酶体增生体激活受体PPARs(一种甾一种甾体激素核受体体激素核受体)。过氧化物酶体增生体激活受体PPARs(peroxisome proliferators-activated receptors)是调节目标基因表达的核内受体转录
7、因子超家族成员。PPARs具有多种生物学效应，可促进脂肪细胞分化和脂肪生成、增强机体对胰岛素的敏感性、调节体内糖脂平衡等。根据其结构及功能，PPARs可分为3种亚型：PPAR、PPAR(又名PPAR)及PPAR；PPAR和两个紧密相连的PPAR和PPAR受体在核受体超家族内组成一个亚族。PPAR、PPAR在多种组织表达；而PPAR则主要在脂肪细胞和脾细胞中表达。苯氧乙酸基本结构或其电子等排体是苯氧乙酸基本结构或其电子等排体是PPAR、PPAR或或PPAR激动剂的药效团。激动剂的药效团。PPAR是血浆脂蛋白代谢酶的基因表达调控器，激活PPAR可降低血中的甘油三酯水平及改善肝脏中的不正常脂类代谢，
8、如图1所示，1是其代表化合物，4具有PPAR和PPAR活性。2是有效的PPAR激动剂。3是一种PPAR激动剂，它对PPAR的选择性比PPAR和PPAR强10 倍。另外，5和6的PPAR的选择性也很强。OOHOOOOOHOOHOSSNFFFNHONOOHClClFClOOClOOOHClOOOHNHOFFNSOOHNOOOOOHNOOOOHONOCOOHOONHSFOOOOOOHSOOOCOOHONOS456123712891011 PPAR受体受体亚型激动剂对胰岛素抵抗起关键作用，但亚型激动剂对胰岛素抵抗起关键作用，但PPAR调控下的准确生理作用机制并不完全清楚，还有待于进一步研究。调控下的准
9、确生理作用机制并不完全清楚，还有待于进一步研究。为防止漏筛，从多角度设计为防止漏筛，从多角度设计PPAR激动剂很有必要，设计甾体缀激动剂很有必要，设计甾体缀合的合的PPAR/三重激动剂符合药物研发的一般经验准则。三重激动剂符合药物研发的一般经验准则。目前，关于PPAR对胰岛素抵抗影响有以下几种可能的机制：第一、脂肪细胞中PPAR的活化对内分泌有调节作用，内分泌激素可以作为信号分子影响肌肉和肝中葡萄糖的代谢。因此，PPAR的激活通过使脂肪细胞减少TNF、瘦素和其他信号分子的分泌，减少胰岛素抵抗，可以部分地增加胰岛素的敏感性，并且能改善2型糖尿病病人的葡萄糖耐量。第二、PPAR激活剂抗高血糖作用的
10、另一个机制是它可以激活糖-脂循环。PPAR激活剂通过降低肌肉和脂肪组织中脂肪酸的水平而影响这些组织中葡萄糖的代谢。PPAR被其配基激活后能降低胰岛素抵抗，同时也能改善糖尿病的其它症状。脂肪酸与葡萄糖代谢过程相互影响，脂肪酸消耗增加可能会改善胰岛素的敏感性。第三，还有一种可能是第三，还有一种可能是PPAR激活剂通过直接激活激活剂通过直接激活PPAR而发挥抗糖尿病的作用。但无论是在白色脂肪组织还是而发挥抗糖尿病的作用。但无论是在白色脂肪组织还是在棕色脂肪组织，在棕色脂肪组织，PPAR对于脂肪细胞的分化是必需的，是许对于脂肪细胞的分化是必需的，是许多抗糖尿病药物的分子靶点，这也是许多矛盾问题的焦点。
11、目前，多抗糖尿病药物的分子靶点，这也是许多矛盾问题的焦点。目前，发生在发生在PPAR调控下的准确作用机制并不清楚，对这一领域深调控下的准确作用机制并不清楚，对这一领域深人研究将有助于了解胰岛素抵抗和相关综合症的发病机制，最终人研究将有助于了解胰岛素抵抗和相关综合症的发病机制，最终为治疗找到更有效、更安全的药物，使糖尿病及并发症的预防和为治疗找到更有效、更安全的药物，使糖尿病及并发症的预防和治疗成为可能。治疗成为可能。苄基乙氧基乙酸结构是苄基乙氧基乙酸结构是PPAR/双重激动剂的药效团，双重激动剂的药效团，取代苯氧乙酸结构也是取代苯氧乙酸结构也是PPAR/双重激动剂的药效团。双重激动剂的药效团。
12、PPAR/双重激动剂可在体内起到协同作用。如图双重激动剂可在体内起到协同作用。如图1所示，前期研究中的所示，前期研究中的7和和11，临床前和正在，临床前和正在 期临床试验期临床试验阶段的阶段的8，9，10等都是等都是PPAR/双重激动。双重激动。12含有含有取代取代苯氧乙酸结构，也是苯氧乙酸结构，也是PPAR/双重激动，临床前实验表双重激动，临床前实验表明，它能有效地改善胰岛素增敏性。明，它能有效地改善胰岛素增敏性。(6)苯乙酸结构是苯乙酸结构是PPAR/三重激动剂的关键药效团，三重激动剂的关键药效团，取代苯氧取代苯氧乙酸结构、苄基乙氧基乙酸结构也是乙酸结构、苄基乙氧基乙酸结构也是PPAR/三
13、重激动剂的关键三重激动剂的关键药效团。药效团。PPAR/三重激动剂是预见中的理想的糖尿病药。三重激动剂是预见中的理想的糖尿病药。尽管PPAR激活剂在临床上对2型糖尿病效果明显，但现有药物有很多的副作用，人们发现PPAR选择性激动剂会导致肥胖、水肿等不良副作用，而PPAR选择性激动剂能用于降血脂，恰好可减少该类副作用。PPAR的合成配基噻唑烷二酮类药物(TZDs)已成为治疗糖尿病的药物，可以增强病人体内的胰岛素敏感性，但临床疗效总的来看并非理想，现有其它抗糖尿病药副作用也明显，需要进一步研究各种可能作为治疗糖尿病的新的化合物。有研究者14认为理想的抗2型糖尿病药物应具有以下特征：高活性，低毒副作
14、用。高选择性。药物中不含噻唑烷二酮部分。不诱发肥胖，不诱导水尿潴留。能口服，同时改善糖脂代谢。甾体结构的天然特性作为糖尿病药的药动团和药效团可以很好地满足这些要求。PPAR激动剂能降低PPAR激动剂产生的不良反应，如水肿等，同时，加人PPAR激动剂后，由于允许(permissive action)作用，使用1/101/3原用量的PPAR激动剂就可以达到相同的胰岛素增敏作用。因此，PPAR/三重激动剂是预见中的理想的糖尿病治疗药。如图2所示，在对PPAR/激动剂进行结构修饰的基础上，Mogensen等合成了13并确定了其作为PPAR/三重激动剂的活性。Sauerberg等经过进一步的结构修饰又得
15、到了具有PPAR/三重活性的14和15。16和17都是PPAR/三重激动剂。体内实验证实，16和17的二聚体的PPAR/活性也很高。图图2.化合物13、14、15、16、17结构图RRR=OOOHORNHOOHClOOOSClOOOH1314151617甾体结构可以作为肽模拟物的天然药效团和药动团，可以甾体结构可以作为肽模拟物的天然药效团和药动团，可以设想甾体缀合的设想甾体缀合的PPAR/三重激动剂是一种肽模拟物，因三重激动剂是一种肽模拟物，因而甾体缀合的而甾体缀合的PPAR/三重激动剂作为治疗糖尿病的药物三重激动剂作为治疗糖尿病的药物是理想的，就象脑啡肽的非肽结构肽模拟物一样。是理想的，就象
16、脑啡肽的非肽结构肽模拟物一样。关于治疗糖尿病的基因药物研究国内外早已有报道。基因工程得到的活性肽或类似物作为药物有许多缺点，肽类药物的免疫原性、口服生物利用度低、转运困难、不能穿越血脑屏障等影响了其使用的安全性和有效性，肽分子的柔性使其生物功能多样化，使肽类药物增加了不需要的副作用。为了克服肽类药物的劣性，要对肽结构进行化学修饰或结构改造，形成肽模拟物。肽模拟物是比肽更安全有效的药物。肽模拟物作为先导化合物，其发现和产生的途径之一是随机筛选或偶然发现的非肽化合物。这类化合物与活性肽对受体有相同或相似的亲和力与活性，其药效团与活性肽的活性构想有相似的分布和配置。来自动植物的天然甾体化合物，其结构
17、经改造后可以作为肽模拟物的优良药效团和药动团使用。许多非肽化合物是活性肽的受体激动剂或拮抗剂，大都由随机筛选或偶然发现。如阿片类化合物就是脑啡肽的非肽结构肽模拟物，经结构改造获得了结构多样化种类多(哌啶类、氨基酮类、吗啡烃类及苯并吗喃类等)的安全有效的镇痛药。因此设计治疗糖尿病的非肽结构的肽模拟物具有广阔的前景。莫非本研究项目设计的甾体缀合的PPAR/三重激动剂当真就是幸运发现的治疗糖尿病的非肽结构的肽模拟物？如果当真是这样，那确实太幸运了。PPAR有大的配体结合口袋，如果配体占据适当多的受有大的配体结合口袋，如果配体占据适当多的受体空腔，会有利于体系的稳定，产生更好的药效，这一事实体空腔，会
18、有利于体系的稳定，产生更好的药效，这一事实为设计大分子的甾体为设计大分子的甾体PPAR/三重激动剂提供了有力依据。三重激动剂提供了有力依据。高分辨率X射线晶体衍射分析表明PPAR有大的配体结合口袋，可以通过这些特征性的口袋设计新的治疗糖尿病的大分子化合物 3。有学者21在对PPAR激动剂的3D-QSAR研究中指出，如果配体占据适当多的受体空腔，会有利于体系的稳定，产生更好的药效。用分子杂交设计法把不同类型结构的降糖药的药效团拼合起来形成新型分子量更大的降血糖药也有报道。烟酸肌醇酯，分子量达到810，在降血脂和治疗糖尿病并发症有一定的有效性和安全性也有研究的报道。这一事实也旁证了脂代谢激动剂可以
19、是分子量很大药物分子。图图3.烟酸肌醇酯结构图OONOONOONOONOONOON 允许作用原理为设计甾体缀合的允许作用原理为设计甾体缀合的PPAR/的三重激动剂提供的三重激动剂提供了理论支持。了理论支持。有的激素本身并不能直接对某些器官、组织或细胞产生生理效应，然而在它存在的条件下，可使另一种激素的作用明显增强，即对另一种激素起支持作用。这种现象就是著名的允许作用。本研究把有脂质调节作用的甾体激素结构与PPAR/受体药效团苯氧乙酸结构、苯乙酸结构、苄基乙氧基乙酸结构及烟酸结构缀合起来，模拟允许作用增强所缀合的药效团的药效，期望能得到有效剂更量低安全性更好的PPAR/的三重激动剂。甾体缀合的甾
20、体缀合的PPAR/三重激动剂还没有研究的报道，甾体三重激动剂还没有研究的报道，甾体PPAR/三重激动剂的设计、合成及快速安全有效性评价有经验三重激动剂的设计、合成及快速安全有效性评价有经验借鉴和理论依据。借鉴和理论依据。调节内分泌激素水平对于治疗糖尿病十分重要。甾体激素受体PPARs是目前核受体家族中研究较深入的成员。其激动剂种类繁多，结构多样，对糖脂代谢方面的疾病的治疗有效。因此有希望从中找到一个疗效更好、毒副作用更小的抗糖尿病药物。甾体结构或其结构改造物与特定的药效团缀合形成安全有效的药物已经有很多成功的经验。如罗库溴铵作为目前最佳的中效甾类非去极化型肌松药就是很好的说明。甾体属于内分泌激
21、素，由血流进入细胞和细胞核，其亲脂性保证了其容易从血液进入细胞核。目前，有几十种疗效确实，副作用小，使用安全的甾体激素药物被收载各国药典，得到广泛应用，甾体激素正在向多方面用途发展。近年来，在细胞分子水平上进行药物作用靶点的研究发现了大量与糖尿病发病机制有关的新的受体和酶，这些靶点的发现为药物筛选和药物设计方法的建立提供了指导作用。在此前提下，高通量筛选(high throughout screening)作为一种药物筛选技术迅速发展起来。它以疾病相关的酶和受体为作用靶点对天然或合成化合物进行活性筛选。可先筛选发现PPAR激动剂，再通过检测PPAR、PPAR靶基因表达的方法来筛选PPAR/三重
22、激动剂，从而为糖尿病及其并发症的预防和治疗提供新药。目前，已建立了多种PPAR激动剂的筛选模型，便于快速经济地寻找具有PPAR激动活性的化合物。烟酸也是糖脂代谢调节药物的基本结构之一，在设计甾烟酸也是糖脂代谢调节药物的基本结构之一，在设计甾体缀合的体缀合的PPAR/三重激动剂时可以考虑在分子中堪入三重激动剂时可以考虑在分子中堪入其基本结构。其基本结构。烟酸与苯氧乙酸一样是糖脂代谢调节药物的基本结构之一。本研究从药物普筛仍然是行之有效的方法考虑，设计了含烟酸结构的PPAR/三重激动剂，并纳入筛选范围。综合分析综合分析 与糖尿病发病机制有关的受体PPAR/的研究发现为设计治疗糖尿病新药并进行初步的安全有效性测试提供了快速、科学的方法和依据。尽管发生在PPAR调控下的准确作用机制并不清楚，我们仍可以推理预测作为治疗糖尿病的PPAR/的三重激动剂的结构应当具有下列特点：.其结构中应当含有苯氧乙酸结构、烟酸结构、苯乙酸结构、苄基乙氧基乙酸结构等带有羧基的基本结构或药效团或是这些药效团的适当的组合体。.其结构中应当含有一个疏水系数大、亲脂性强的多环烃或芳烃结构，甾体结构符合这一条件。.其分子量可以大到1000甚至更高，所以PPAR/三重激动剂可以是大分子化合物。
