蛋白酪氨酸磷酸酶-1B与糖尿病之间的关系研究:酪氨酸磷酸酶

蛋白酪氨酸磷酸酶-1B与糖尿病之间的关系研究

PTP1B是一种胞内PTP，位于内质网，在人体的各种组织中都有表达;
其与蛋白酪氨酸激酶(ProteinTyrosineKinases，PTK)共同维持着酪氨酸蛋白磷酸 化的平衡，参与细胞的信号转导，调节细胞的生长、分化、代谢、基因转录和免 疫应答等。

PTP1B属于蛋白质酪氨酸磷酸酶家族，专一水解芳香族磷酸，如磷酸 化酪氨酸(phosphotyrosyl，pTyr)残基上磷酸根的酶，通过对胰岛素受体或其底物 上的酪氨酸残基去磷酸化作用，对胰岛素信号转导进行负调节，组织细胞中 PTP-1B过表达都会降低PTK的活性，使胰岛素受体无法与胰岛素结合，进而引起 胰岛素抵抗，最终导致2型糖尿病。

PTP-1BDNA的启动子上有一个转录因子Y盒结合蛋白-1的结合位点， 它的过度表达可使PTP-1B的表达水平增加。使用反义寡核苷酸技术减少其表达 后，PTP-1B的表达随之降低，呈正相关趋势。

PTP-1B在体内没有自身的特异性受体，而是在细胞信号传导过程中， 与PTP家族中的其他成员以及蛋白酪氨酸激酶协同作用，调控蛋白底物中酪氨酸 的磷酸化水平，进而对细胞的生长、分化、代谢、基因转录和免疫应答等功能进 行调节。

1PTP-1B的生理功能 目前研究发现PTP-1B主要表现出以下几个方面的生理功能：
(1)与胰岛素受体(insulinreceptor，IR)、胰岛素受体底物 (insulinreceptorsubstrate，IRS)等信号蛋白作用，使这些蛋白调节区的酪氨酸残基 去磷酸化，进而阻断胰岛素信号级联反应的下传，在胰岛素信号中起着负调控作 用。与II型糖尿病的发生具有密切的联系。

(2)在瘦素信号传导过程中，通过降低转录激活子-3(STAT-3)和Janus 激酶-2(JAK-2)的磷酸化水平，在瘦素信号中起负调控作用。与肥胖的发生具有 密切的联系。(3)PTP-1B通过与生长因子等底物相互作用，参与细胞生长周期的调 节，与肿瘤的发生具有一定的联系。

除此之外，研究还发现PTP-1B在催乳素信号传导、血小板凝集等方 面具有一定的影响。

2PTP-1B与糖尿病之间的关系 糖尿病是一类慢性代谢性疾病，随着生活水平的提高，糖尿病的发病 率呈逐年上升趋势，成为继心脑血管疾病及癌症之后，威胁人类健康的第三大类 疾病。目前已有约3亿糖尿病患者，到2030年，预计患者人数将突破5亿。根据糖 尿病的发病机制，糖尿病可分为I型糖尿病和II型糖尿病，其中II型糖尿病患者超 过糖尿病患者总数的80%，主要表现为胰岛素抵抗或胰岛素受体不敏感，分泌胰 岛素的胰腺B细胞数量减少，功能障碍，从而导致糖代谢障碍，血糖水平升高。

对PTP-1B生理功能的研究已经证实，其与胰岛素及瘦素信号传导呈负调节关系， 因此PTP-1B与II型糖尿病的发病原因关系密切，是开发II型糖尿病治疗药物的重 要靶点之一。

2.1PTP-1B胰岛素抵抗：代谢过程中，胰岛素可与脂肪、骨骼肌、肝 细胞等细胞的细胞膜上的胰岛素受体胞外亚基结合，进而使受体胞内亚基酪氨酸 激酶活化，导致自身及其底物磷酸化，从而引起葡萄糖转运、肝和骨骼肌的糖原 合成等一系列生理过程，因此调节胰岛素受体的酪氨酸磷酸化水平的高低即可调 节生物体内糖代谢的水平。PTP-1B的生理功能之一即是对胰岛素受体在合成期 间的酪氨酸进行去磷酸化，阻断胰岛素信号传导途径，抑制葡萄糖在体内的代谢， 最终导致血糖升高。

另外，组织细胞中PTP-1B表达水平的增加还会降低PTK的活性，使胰 岛素受体因磷酸化水平降低不能与胰岛素正常结合，进而引起胰岛素抵抗，是II 型糖尿病形成的原因之一。利用剔除了PTP-1B的小鼠进行研究发现，即使经过 一段时间的致肥胖饮食喂养，小鼠也没有表现出肥胖或胰岛素抵抗症状，小鼠对 胰岛素的敏感性显着增强;而在小鼠肝脏重新表达PTP-1B后，增强的胰岛素敏感 性又显着减弱，该实验现象，验证了PTP-1B与胰岛素介导的胰岛素受体酪氨酸 磷酸化的关系。

2.2PTP-1B与胰岛B细胞数量的关系：实验发现，小鼠在剔除PTP-1B后，其胰岛B细胞区域明显减少，胰岛素分泌量减少;而同时剔除PTP-1B和胰岛 素受体底物-2后，小鼠胰岛B细胞区域增加，由此可见，PTP-1B与胰岛B细胞数 量呈现出动态平衡的关系。

2.3参与瘦素信号传导：由脂肪组织分泌的瘦素是一种调节人体脂肪 含量的激素，与糖尿病及肥胖症的发病具有密切的联系。

研究已经证实，在糖尿病和胰岛素抵抗的动物模型中均存在瘦素信号 传导途径紊乱的现象。PTP-1B在信号传导的调节过程中，可使JAK-2和STAT-3 去磷酸化，进而阻断瘦素信号的传递，抑制PTP-1B的表达后，STAT-3磷酸化水 平增加，活性明显增强。而由于PTP-1B表达增多引起的瘦素信号传递紊乱，会 进一步促进或加重糖尿病的发生、发展。

3PTP-1B抑制剂 研究明确了PTP-1B与II型糖尿病和肥胖的关系，抑制PTP-1B的活性， 可提高患者对胰岛素的敏感性，因此PTP-1B抑制剂的研究成为开发治疗II型糖尿 病药物的靶点之一。目前，基于PTP-1B的三维结构及活性部位，利用计算机辅 助药物设计、高通量筛选、生物电子等排原理，科学家已经获得了大量小分子 PTP-1B抑制剂。本文根据近年文献报道的PTP-1B抑制剂的结构，对其进行简要 综述。

3.1磷酸酯类似物：该类抑制剂的设计主要是利用生物电子等排原理， 利用磷酸、草酸、乙酸、磺酸、丙二酸等结构替代PTP-1B的催化活性区内的磷 酸酯基，从而形成对PTP-1B的抑制作用。但整个PTP家族均具有这个保守的催化 活性区，因此单纯对该部位进行结合的抑制剂很难获得针对PTP-1B的选择性作 用。为增强该类抑制剂的选择性，科学家们设计并合成了一系列同时作用于催化 活性区与第二结合位点的PTP-1B选择性抑制剂，该类抑制剂主要包括二氟亚甲 基磷酸盐、苯并呋喃和苯并噻吩-苯氧乙酸类、噻二唑烷酮类等。

3.2非专一性的无机类PTP-1B抑制剂：该类抑制剂主要包括钒酸盐和 过氧钒等。钒酸盐的抑制作用主要基于钒酸根在结构上类似酶的天然底物的磷酸 根;过氧钒对PTP-1B的抑制作用是通过将PTPase活性中心Cys的巯基进行的不可 逆氧化由半胱氨酸氧化成磺酸。除此之外，一氧化氮和苯胂化氧对PTP-1B也表 现出一定的抑制活性。这些无机类抑制剂虽然对PTP-1B表现出一定的抑制活性， 但同时对PTP家族中的其他酶具有一定的一致性，专一性差，因此限制了它们成为药物的可能性。

a和b为含有-二氟-亚甲基磷酸(DFMP)结构的化合物，实验数据表明它 们对PTP-1B均表现出很好的抑制活性，IC50分别为0.074和0.20mol/L。化合物c 不仅表现出较强的抑制活性(Ki=2.4nM)，还展现出较强的抑制选择性。

Wyeth公司开发了一系列针对糖尿病治疗研究的苯并呋喃和苯并噻 吩-苯氧乙酸类PTP-1B抑制剂。其中化合物d表现出较高的抑制活性 (IC50=83nmol/L)和针对PTP-1B的选择性。受试肥胖型小鼠连续口服化合物4d后， 血糖显着降低，胰岛素水平明显改善。Ertiprotafib是为数不多的进入临床研究阶 段的选择性PTP-1B抑制剂，虽由于多种原因被终止研究，但对其构效关系的研 究为开发PTP-1B抑制剂提供了理论依据。

噻二唑烷酮类PTP-1B抑制剂(e)与二氟亚甲基磷酸盐抑制剂相比具有 更好的跨膜通透性，同时，它们在与PTP-1B的结合中，通过取代活性位点中的3 个水分子，展现出比磷酸酯类化合物更强的抑制活性。

迄今为止，酪氨酸磷酸酯类似物仍然是研究最为深入的PTP-1B抑制 剂。随着对PTP-1B结构研究的不断深入，人们发现除关键性的催化活性区域外， 其结构中还含有第二结合位点以及其他与分子识别相关的氨基酸残基，设计能够 同时与这些部位及催化活性区域结合的抑制剂在保留抑制活性的同时，明显提高 其选择性。但是，目前该类抑制剂主要问题是其结构中多数带有一定量的负电荷， 致使其不易透过细胞膜，难以达到作用位点，导致其难以成药。因此开发具有高 一致性、高选择性并兼具良好药代动力学性质的PTP-1B抑制剂是当前研究的目 标。

3.3苯甲酰磺胺噻唑类变构抑制剂：苯甲酰磺胺噻唑类抑制剂是基于 PTP-1B的结构设计得到的小分子抑制剂，其中化合物f的半数抑制浓度IC50值为 3.2mol/L，并且具有显着的体内胰岛素增敏作用。利用计算机辅助设计软件研究 化合物f分子与PTP-1B的结合模式发现，其分子中与RL部分相连的苯环嵌入到由 Ala189、Leu192和Phe280形成的疏水腔内;噻唑环与氨基酸残基Phe280形成疏水 作用;酮羰基中的氧原子与Asn193形成氢键作用;酰胺键中的氮原子与Glu276形 成氢键作用。3.4其他PTP-1B抑制剂：在对大量天然产物的研究中，人们还发现 了很多具有PTP-1B抑制活性的结构，主要包括香草酸类衍生物、醌类衍生物等。

虽然它们与PTP-1B的作用位点尚不完全明确，但对它们结构及其类似物的研究， 为开发新型PTP-1B抑制剂提供了更多的研究方向。4小结 PTP-1B作为新的药用靶点的研制是近年来生物学及创新药物研究的 热点，对于该类抑制剂的研究大多处于实验室研究阶段，进入临床研究的较少， 目前还没有该类抑制剂作为药物上市。限制其成药的主要原因首先是PTP-1B与 PTP家族中其他的酶具有相同的催化中心，在抑制PTP-1B活性的同时提高其针对 PTP-1B的选择性极其重要。另外，目前发现的很多高效、高选择性的小分子抑 制剂，多带有容易电离的基团，导致其不易通过细胞膜，生物利用度难以达到药 用要求。因此目前PTP-1B抑制剂尚未上市销售。因此，开发具有抑制性、专一 性，同时兼具良好药代动力学性质的小分子PTP-1B抑制剂将是今后研究的重点 方向。随着对PTP-1B结构认识的不断深入，对其生理功能的进一步阐明，我们 相信会有越来越多的PTP-1B抑制剂进入临床研究阶段，并从中筛选出成熟的新 药上市，为II型糖尿病的治疗带来新的希望。