胰岛素受体非肽小分子激动剂的研究

【摘要】

已发现一些非肽小分子物质可模拟胰岛素的作用激活胰岛素受体介导的信号转导通路，为开发新型抗糖尿病药物提供了新的策略。该文综述了近年来国内外胰岛素受体非肽小分子激动剂方面的研究进展，讨论了从中药中筛选胰岛素受体非肽小分子激动剂的前景。

【关键词】 胰岛素受体； 非肽小分子激动剂； 中药

糖尿病是最常见的内分泌疾病。随着生产发展、生活水平提高及人口寿命的延长，糖尿病发病率迅速增长，已成为全球性医学难题。目前，所有1型糖尿病患者和口服糖尿病药物不能控制血糖水平的2型糖尿病患者都需要采用胰岛素治疗。但是，胰岛素是一个多肽分子，口服会被消化而丧失活性，而依赖注射进行治疗，给患者带来极大的不便和痛苦。因此，寻找可以口服的非肽小分子胰岛素激动剂便备受关注。我国的中药资源丰富，中药治疗糖尿病的历史悠久，开发并有效利用具有抗糖尿病作用的中药，从中筛选提取胰岛素受体非肽小分子激动剂，对我国医药事业意义重大。

1 胰岛素受体非肽小分子激动剂的研究意义

糖尿病一般分为1型糖尿病和2型糖尿病。1型糖尿病通常是由于胰岛β细胞分泌胰岛素能力下降而导致胰岛素缺乏所致；2型糖尿病的病因非常复杂，迄今尚不完全清楚，一般认为是由于胰岛β细胞分泌胰岛素能力下降和骨骼肌、脂肪及肝等靶组织对胰岛素的敏感性下降所导致的胰岛素抵抗。

胰岛素通过与细胞膜上的特异性受体结合而发挥其广泛的生理功能。胰岛素受体（ir）是异源四聚体跨膜糖蛋白，由两个胞外α亚基和两个跨膜的β亚基组成。α亚基上有胰岛素结合位点，β亚基上有酪氨酸激酶结构域。胰岛素与α亚基的结合，使受体自身磷酸化并激活β亚基上的酪氨酸激酶活性，启动胰岛素信号通路。胰岛素受体酪氨酸激酶（irtk）反式磷酸化胰岛素受体底物（irs）蛋白1-4，shc、gab1等信号分子，这些分子能与其他含有sh2结构域的信号蛋白发生特异作用，导致下游信号分子如3-磷酸脂酰肌醇激酶（pi3k）的激活。

胰岛素与ir的结合是胰岛素信号通路的起始环节。基因敲除证明了ir在代谢调节和生长控制上的重要作用。ir功能缺陷将导致胰岛素抵抗。早在20世纪80～90年代一系列研究发现，与健康对照相比，2型糖尿病患者和模型动物的骨骼肌、肝及脂肪组织中胰岛素信号系统异常，包括ir数目下调、irtk活性降低、受体介导的irs磷酸化水平以及pi3k活性降低等［1］。

irtk的激活是胰岛素信号通路的第一环节和关键步骤，因此，增强irtk活性原则上可克服或缓解不同类型的2型糖尿病患者靶组织的胰岛素信号通路障碍。对于1型糖尿病患者，增强irtk活性的治疗将有助于减少甚至免除患者对外源胰岛素的依赖。因此，对胰岛素受体非肽小分子激动剂的研究甚为重要。

2 胰岛素受体非肽小分子激动剂的研究现状

胰岛素是ir的天然激动剂，与ir结合能直接激活irtk。目前，所有1型糖尿病患者和口服糖尿病药物不能控制血糖水平的2型糖尿病患者都需要采用胰岛素治疗。但是，胰岛素是一个多肽分子，口服会被消化而丧失活性，而依赖注射进行治疗，给患者带来极大的不便和痛苦。而且，长期使用胰岛素可能导致体重增加、高胰岛素血症、严重的胰岛素抵抗等副作用。因此，寻找可以口服的非肽小分子胰岛素激动剂备受关注，但是一直没有取得突破性成果。直到1999年，merck研究室在国际权威刊物《science》报道了一个有胰岛素样作用的小分子化合物：脱甲基酯化苯醌b-1(demethylasterriquinone b-1)或dmaq-b1［2］，简称l-783,281。该物质来自一种真菌，可激活irtk，启动胰岛素信号系统。l-783,281与胰岛素有加性作用，不与胰岛素竞争结合受体。它可能是通过直接激活ir胞内β亚基上的酪氨酸激酶活性来起作用的，而不像胰岛素是通过与α亚基结合来激活irtk。口服l-783,281使2型糖尿病小鼠血糖显著降低。l-783,281能降低代谢综合征模型小鼠的空腹胰岛素水平，但是不改善其糖耐量异常［3］。l-783,281的一个类似物（被称为化合物2）显示相似的性质［4～6］。2001年，telik公司的研究小组在糖尿病领域的著名刊物《diabetes》上报道了另外一个不同的非肽小分子ir激动剂——tlk16998［7］。tlk16998单独作用不能激活irtk，但在胰岛素存在的情况下，tlk16998能显著增强ir和irs磷酸化水平、pi3k活性和glut转位。链脲菌素糖尿病小鼠以30μg/kg的剂量腹腔注射tlk16998，4 h后的血糖水平降低28%。

l-783,281和tlk16998可能都是通过作用于受体β亚基激活irtk，但是作用位点和机理不同［8］。l-783,281能直接激活irtk，表现胰岛素模拟物(mimetic)的特点；tlk16998增强irtk的作用依赖胰岛素的存在，表现ir增敏剂（sensitizer）性质。l-783,281能激活htc-ir485-599细胞ir的自身磷酸化，该细胞表达缺失突变的ir而不能对胰岛素进行响应，而tlk1699则无作用。但是，在十四烷酰法波醋酸酯（tpa）处理的细胞中，tlk1699能显著逆转受损的胰岛素刺激的受体磷酸化，l-783,281则无效。

l-783,281和tlk16998是目前公开报道且研究比较深入的、被确证的ir激动剂，它们通过特异性地作用于ir，模拟胰岛素的生理功能，或增强ir对胰岛素的敏感性。其它有些被称为胰岛素类似物或胰岛素增敏剂量的物质，如ptp1b的抑制剂、过氧化物酶体增殖物激活受体（ppar）的激动剂等，是通过间接方式起作用，并不直接作用于ir。此外，最近提前在internet公开的一篇报道称，韩国首尔大学的一个研究小组从中药凌霄中发现一些三萜类化合物具有ir激动剂特征，其中熊果酸（cg7）活性最强，在50 μg /ml时具有胰岛素模拟物特征，在1 μg /ml时具有胰岛素受体增敏特征［9］。这一研究提示激活irtk可能是部分中药抗糖尿病的药理学机制。

由于糖尿病特别是2型糖尿病病因学机制非常复杂，发现更多的作用机制不同的ir非肽小分子激动剂，对于2型糖尿病的治疗具有重要意义。另一方面，阐明已有的抗糖尿病药物（如中药）中可能存在的具有不同作用机理的ir激动剂，将为抗糖尿病药理学研究增添新的内容。

3 在中药中筛选胰岛素受体非肽小分子激动剂的前景广阔

中药是我国得天独厚的天然化合物宝库，其结构多样性是合成化合物所无法比拟的。中药治疗糖尿病(古称消渴病) 历史悠久，并积累了丰富的经验，有大量的文献报道。周鲁等［10］收集了271剂疗效确切的糖尿病中药复方，包括221味中药；赵荣华等［11］收集的518个糖尿病处方中用药一百余味；范益军等［12］收集的糖尿病中药达到五百余种之多。长期积累的中药处方和药理学研究为进一步揭示中药抗糖尿病的分子机制提供了基础。

对中药复方、单味药或有效成分抗糖尿病中药的药理学研究揭示中药治疗糖尿病的作用机制包括：促进胰岛β细胞分泌胰岛素能力，提高血清胰岛素水平；作用于受体或受体后水平，增加ir数目或提高其亲和力；抑制胰岛素拮抗激素如胰高血糖素等的分泌；促使周围组织及靶器官对糖的利用；清除自由基及抗脂质过氧化过程作用等。

冯世良等［13］用世良降糖散(组方：穿心莲、天花粉、西洋参、红花、黄芪、生地黄、葛根、麦冬、番石榴等)治疗11例2型糖尿病患者，结果显示患者空腹血糖显著下降，胰岛素敏感性指数明显升高。熊曼琪等［14］报道加味桃仁承气汤(组方：黄芪、大黄、桃仁、桂枝、芒硝、生地黄等)对胰岛素抵抗大鼠模型可明显降低空腹血糖，提高胰岛素敏感指数，提高基础的和胰岛素刺激的大鼠脂肪细胞葡萄糖氧化能力，认为加味桃仁承气汤可能通过纠正ir缺陷和外周组织的敏感性产生治疗作用。朱良争等［15］自拟糖脂片(水蛭、桃仁、生大黄、黄连组成)对63例2型糖尿病患者常规治疗表明该制剂可使胰岛素抵抗指数下降(p<0.01)，胰岛素敏感性指数上升。黄冬梅等［16］采用补肾通脉方 (组方：黄芪、何首乌、肉苁蓉、丹参、三七、生地等)对高脂饲料诱导的大鼠肌肉和脂肪组织在胰岛素刺激后的ir和irs-l的酪氨酸磷酸化水平及其变化进行检测，结果显示，该方能有效改善ir和irs-1的酪氨酸磷酸化水平，从而改善肌肉和脂肪组织中胰岛素信号转导。刘永玉等用大黄治疗2型糖尿病大鼠模型，治疗4周后，血清胰岛素水平降低，而ir最大结合力明显高于对照组，说明大黄可以通过对ir的作用改善胰岛素抵抗。白红艳等［17］的实验显示，葛根提取物对糖尿病大鼠的胰岛素抵抗有明显改善作用，推测其作用机制亦可能是通过上调irs-1的表达来实现。

中药成分复杂，大多数抗糖尿病中药的作用机制和有效成分尚不清楚，在分子水平研究其作用靶点的报道甚少。但是上述已有的药理学研究结果提示，部分中药可能是通过作用于ir和受体近端信号分子而发挥作用，但是需要进一步的实验证据。上海药物研究所胡立宏等从传统中草药筛选到胰岛素信号通路的负调节因子ptp1b的抑制剂，发现几种新结构类型的二十多个活性化合物，包括一些活性很强的新化合物［18］。对其中的两类化合物(三萜酸和对苯醌)正在进行构效关系研究表明中药中可能含有丰富的调节胰岛素信号通路的小分子化合物。因此，针对胰岛素信号通路建立高通量的筛选模型，可望从中药中筛选到作用靶点明确的有效成分。本实验室根据胰岛素信号通路建立了stat5靶控的报告基因细胞模型，并用该模型对五十多种抗糖尿病中药的提取物进行ir激动剂的筛选，获得了一些活性较强的候选组分。通过对这些组分的进一步活性跟踪，可能揭示部分中药抗糖尿病药理的分子机制，推进中药现代化，同时也为糖尿病药物研究和开发提供先导化合物的研究。

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