Bcl-2家族促凋亡蛋白BH3模拟肽的合成与糖尿病相关作用靶点的确认研究

The pro-apoptotic Bcl-2 proteins are key regulators of the mitochondrial apoptotic pathway. The BH3 domain core region and its peptidomimetics of Bad are found to show dual role in insulin secretion and β cell survival via activating glucokinase in diabetes. In our previous work, we have found that a BH3 peptididomimetics derived from another pro-apoptotic Bcl-2 protein Bim showed dual α-glucosidase/PTP1B inhibiton activity and in vivo anti-T2DM effect. From the view of "structure determines function", we proposed a hypothesis that the BH3 core region and its peptidomimetics of pro-apoptotic Bcl-2 proteins with consevered and similar sequences might show similar glucokinase activation and/or α-glucosidase/PTP1B inhibition activity. To validate this hypothesis, we proposed to design and synthesize BH3 peptidomimetics derived from all pro-apoptotic Bcl-2 proteins and map their possible targets in order to select the lead compound(s). Afterwards, the optimization of selected lead(s) and evaluation of their anti-T2DM effect will be conducted to obtain the candidate(s). These studies will contribute to the reveal of T2DM-related tas) of BH3 peptidomimetics and provide proof of the new functions of pro-apoptotic Bcl-2 proteins and novel discovery method of anti-T2DM drugs.

Bcl-2促凋亡蛋白是线粒体凋亡通路的关键调控分子。该家族成员Bad被发现能够通过其BH3结构域核心肽段及其模拟肽激活葡萄糖激酶而恢复胰岛β细胞的数量和功能，促进胰岛素分泌；申请人前期研究亦发现该家族的另一成员Bim的BH3模拟肽能够同时抑制糖尿病靶点α-糖苷酶和PTP1B。本课题从“结构决定功能”的角度出发，提出结构上保守、相似的Bcl-2家族促凋亡蛋白BH3核心肽段及其类似物具有相似的葡糖糖激酶激活或α-糖苷酶/PTP1B抑制活性，具有潜在的抗糖尿病活性的假设。为验证该假设，拟将具有同源性和保守性的Bcl-2家族促凋亡蛋白BH3核心肽段进行模拟肽衍生合成、靶点确认和先导筛选研究，并进行先导二次优化衍生、生物活性筛选确定优选化合物，以期阐明Bcl-2促凋亡蛋白BH3模拟肽的新的作用靶点和体内抗糖尿病活性，为Bcl-2促凋亡蛋白生物学功能研究和降糖药物开发提供新思路。

我国是糖尿病患者最多的国家（据估计有1.1亿患者），其中90％以上为2型糖尿病(T2DM)。目前，临床上应用的药物虽具有较明显的降糖效果，但它们大多具有不同程度的毒副作用和不良反应，或存在持效期短、价格过高等缺点。因此，开发治疗效果更好、副作用更低、患者顺应性更高的T2DM治疗药物始终是国内外药学研究领域的热点。α-葡萄糖苷酶和蛋白酪氨酸磷酸酶 1B（PTP1B）是与 T2DM 相关的重要靶酶，本研究在前期研究发现的α-葡萄糖苷酶和PTP1B双靶点抑制剂SM-6（Bim BH3模拟肽）的基础上，将较高同源性和保守性的Bcl-2家族促凋亡蛋白其他成员的BH3结构域进行模拟衍生，结合丙氨酸扫描技术，设计、合成新型α-葡萄糖苷酶和PTP1B双靶点BH3模拟肽抑制剂，并进行构效关系研究，阐明Bcl-2-BH3结构域及其类似物是否具有普遍的双靶点抑制活性及体内抗2型糖尿病活性，发现潜在的双靶点抗2型糖尿病候选化合物。按照研究计划，本项目基于BH3结构域关键肽段设计并合成了3个系列、共计44个新型BH3模拟肽，并开展了生物活性研究，确认该类化合物能够显著地PTP1B活性，而对α-葡萄糖苷酶的抑制活性相对较弱；通过计算机分子对接研究，确证和明晰此类化合物与PTP1B空间结合位点及关键氨基酸残基；通过胰岛素抵抗细胞模型，基本探明化合物在体外能够显著改善细胞的胰岛素抵抗效应；采用db/db 2型糖尿病模型小鼠进行了体内降血糖实验，研究靶向PTP1B的BH3模拟肽对高血糖症的治疗作用。通过本项目的实施，我们从作用靶点水平上明晰了该类化合物的主要作用靶点，初步阐明了目标化合物抑制PTP1B相互作用的关键位点，并从细胞和动物水平上进行药效学评价，确证了选取的苗头化合物对db/db小鼠糖尿病模型的长效体内降血糖作用,可作为靶向PTP1B的“First in class”长效降糖药物先导进行进一步研发。

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