王政雨，段文虎，周金培，張惠斌*

（1. 中國(guó)藥科大學(xué)新藥研究中心，江蘇 南京 210009；2. 中國(guó)科學(xué)院上海藥物研究所，上海 201203）

小分子葡萄糖激酶激動(dòng)劑

王政雨1，段文虎2，周金培1，張惠斌1*

（1. 中國(guó)藥科大學(xué)新藥研究中心，江蘇 南京 210009；2. 中國(guó)科學(xué)院上海藥物研究所，上海 201203）

2型糖尿病作為一種慢性代謝疾病，目前尚無(wú)理想的治療藥物。葡萄糖激酶能夠迅速將葡萄糖磷酸化，在降低促使胰島β細(xì)胞釋放胰島素的葡萄糖調(diào)定點(diǎn)、調(diào)控肝葡萄糖代謝這2個(gè)方面發(fā)揮著重要作用。小分子葡萄糖激酶激動(dòng)劑因在降血糖方面的作用而有望成為新一代治療2型糖尿病的藥物。以葡萄糖激酶為靶點(diǎn)的小分子化合物陸續(xù)進(jìn)入臨床試驗(yàn)階段，但尚無(wú)相關(guān)藥物獲準(zhǔn)上市。對(duì)近幾年報(bào)道的小分子葡萄糖激酶激動(dòng)劑進(jìn)行綜述。

葡萄糖激酶；葡萄糖激酶激動(dòng)劑；構(gòu)效關(guān)系；2型糖尿病

據(jù)預(yù)計(jì)，到2025年全世界將有2～3億人患2型糖尿病[1]。因2型糖尿病及其相關(guān)疾病造成的醫(yī)療支出在全部醫(yī)療支出中的比例已經(jīng)超過(guò)10%，且有逐年增加的趨勢(shì)[2]。2型糖尿病作為一種慢性代謝疾病表現(xiàn)為糖代謝、脂代謝異常，并伴有諸如外周血管功能不全、神經(jīng)病變、視網(wǎng)膜病和腎終末期疾病等并發(fā)癥[3]。目前，臨床上用于治療2型糖尿病的藥物按照作用靶點(diǎn)的不同主要分為：胰高血糖素樣肽-1（GLP-1）類似物（如利拉魯肽）、二肽基肽酶-4（DPP-4）抑制劑（如維格列?。TP依賴性鉀通道抑制劑（如格列美脲）、α糖苷酶抑制劑（如阿卡波糖）、過(guò)氧化物酶體增殖物活化受體（PPAR）激動(dòng)劑（如吡格列酮）以及鈉-葡萄糖協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白-2（SGLT-2）抑制劑（如達(dá)格列凈）。這些藥物雖然具有較好的降血糖作用，但單獨(dú)用藥時(shí)大多活性不佳，且常伴有心血管毒性、脂代謝紊亂、低血糖或泌尿系統(tǒng)感染等副作用[4]。因此，尋找治療糖尿病的新型作用靶點(diǎn)，開發(fā)新穎的安全、有效、可控的降糖藥物就顯得尤為重要。葡萄糖激酶（glucokinase，GK）在維持葡萄糖穩(wěn)態(tài)方面的作用從得到確認(rèn)至今已有50年[5]，各制藥企業(yè)紛紛將注意力聚集在尋找小分子葡萄糖激酶激動(dòng)劑上，并獲得了一定的成果。本文按結(jié)構(gòu)類型對(duì)近幾年文獻(xiàn)報(bào)道的小分子GK激動(dòng)劑的研究進(jìn)展作一綜述，旨在為該類藥物的研發(fā)提供參考。

1 葡萄糖激酶的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)及作用

由448個(gè)氨基酸殘基組成的GK，能夠在空間中折疊為“大域”（large domain）和“小域”（small domain）這2個(gè)結(jié)構(gòu)域，大、小結(jié)構(gòu)域之間通過(guò)“連接域”（connecting region）分隔開。葡萄糖分子通過(guò)與大域的Glu256、Glu290，小域的Thr168、Lys169以及中間連接域的Asn204、Asp205作用而結(jié)合在GK上。需要注意的是，GK還具有一個(gè)距離葡萄糖結(jié)合位點(diǎn)約2 nm的變構(gòu)位點(diǎn)，而GK激動(dòng)劑正是與這個(gè)位點(diǎn)結(jié)合而發(fā)揮GK激動(dòng)作用（見(jiàn)圖1）[6]。

圖1 葡萄糖激酶的空間結(jié)構(gòu)以及葡萄糖和葡萄糖激酶激動(dòng)劑在酶上的結(jié)合位點(diǎn)Figure 1 The spatial structure of glucokinase and binding sites of glucose and glucokinase activators

GK直接參與催化葡萄糖的代謝過(guò)程，在結(jié)構(gòu)與動(dòng)態(tài)上存在3種不同的構(gòu)象[7]：關(guān)閉型構(gòu)象（closed form）、開啟型構(gòu)象（open form）和超開啟型構(gòu)象（super-open form）。其中關(guān)閉型構(gòu)象和開啟型構(gòu)象對(duì)葡萄糖親和力較高，而超開啟構(gòu)象則對(duì)葡萄糖的親和力相對(duì)較低[8]，且GK各構(gòu)象之間存在“快循環(huán)”（fast cycle）和“慢循環(huán)”（slow cycle）2種途徑的轉(zhuǎn)化過(guò)程[9]。關(guān)閉型構(gòu)象和開啟型構(gòu)象之間的轉(zhuǎn)變較快，而關(guān)閉型構(gòu)象與超開啟構(gòu)象之間的轉(zhuǎn)化較慢。當(dāng)血糖濃度較低時(shí)，GK主要以穩(wěn)定的超開啟構(gòu)象存在，當(dāng)葡萄糖分子直接與之結(jié)合后[10]，其構(gòu)象緩慢轉(zhuǎn)變?yōu)殚_啟型構(gòu)象，然后轉(zhuǎn)變?yōu)殛P(guān)閉型構(gòu)象，在ATP存在下同時(shí)發(fā)生酶的葡萄糖磷酸化反應(yīng)。反應(yīng)結(jié)束后GK回復(fù)到開啟型構(gòu)象，同時(shí)釋放出6-磷酸葡萄糖和二磷酸腺苷（adenosine diphosphate，ADP）。若有新的葡萄糖分子結(jié)合則繼續(xù)發(fā)生磷酸化，進(jìn)入快循環(huán)；若沒(méi)有新的葡萄糖分子結(jié)合，GK則轉(zhuǎn)變?yōu)槌_啟構(gòu)象，進(jìn)入慢循環(huán)。GK激動(dòng)劑通過(guò)與開啟型構(gòu)象和關(guān)閉型構(gòu)象狀態(tài)時(shí)的GK蛋白中的變構(gòu)位點(diǎn)結(jié)合，阻斷GK向超開啟型構(gòu)象的轉(zhuǎn)化，維持其對(duì)葡萄糖較高親和能力的狀態(tài)，進(jìn)而加速GK蛋白與葡萄糖的結(jié)合及對(duì)葡萄糖的磷酸化（見(jiàn)圖2）[11]。

圖2 葡萄糖激酶被激活后的構(gòu)象改變Figure 2 Conformational changes of glucokinase after activation

作為己糖激酶（hexokinase enzymes，HK）家族中的一員，GK具有區(qū)別于其他HK的特性：1）GK主要分布于肝臟細(xì)胞（約99.9%）和胰島β細(xì)胞，此外在中樞神經(jīng)系統(tǒng)（如丘腦和腦干）、內(nèi)分泌細(xì)胞（如腸內(nèi)分泌細(xì)胞和核垂體細(xì)胞）等亦有分布[12]；2）GK是相對(duì)分子質(zhì)量為52 000的單體酶；3）對(duì)葡萄糖親和力低（Km=8 mmol·L-1），此外對(duì)甘露糖和果糖亦有親和力；4）動(dòng)力曲線為“S”狀，與葡萄糖在動(dòng)力學(xué)上有協(xié)同性；5）在葡萄糖生理濃度范圍內(nèi)，不受產(chǎn)物6-磷酸葡萄糖的反饋性抑制[13]。

不同組織中的分布，使得GK表現(xiàn)出不同的生理作用：在肝臟中，GK作為控制葡萄糖利用的限速酶，其被激活后可促進(jìn)肝糖原的合成，將葡萄糖磷酸化為6-磷酸葡萄糖，進(jìn)而轉(zhuǎn)化成肝糖原進(jìn)行儲(chǔ)存；在胰島β細(xì)胞中，GK可作為“葡萄糖感受器”，控制胰島細(xì)胞對(duì)于某一特定糖負(fù)荷的反應(yīng)，促進(jìn)胰島素的分泌，進(jìn)而起到降低血糖的作用（見(jiàn)圖3）。由于GK具有迅速催化葡萄糖磷酸化、促進(jìn)肝臟葡萄糖代謝，以及促進(jìn)胰島β細(xì)胞分泌胰島素等作用，其成為治療2型糖尿病的新靶點(diǎn)。

圖3 葡萄糖激酶在肝細(xì)胞和胰島β細(xì)胞中的生物學(xué)作用Figure 3 The biological function of glucokinase in pancreatic β-cell and liver cell

2 在研葡萄糖激酶激動(dòng)劑

GK激動(dòng)劑在降血糖方面的突出表現(xiàn)，使其成為新型降糖藥物的研發(fā)熱點(diǎn)，先后已有32個(gè)化合物進(jìn)入臨床試驗(yàn)階段，但大多因脂代謝紊亂或低血糖的風(fēng)險(xiǎn)而限制了進(jìn)一步的開發(fā)利用[14-15]。目前尚無(wú)GK激動(dòng)劑作為降糖藥上市，但各制藥公司仍將GK激動(dòng)劑作為調(diào)節(jié)血糖藥物研究的重點(diǎn)，并不斷有新的藥物進(jìn)入臨床試驗(yàn)（處于Ⅰ和Ⅱ期臨床研究的藥物各有5種）。

2.1 苯基丙酰胺類（aryl-propionamides）

Grimsby等[16]最初通過(guò)高通量篩選率先發(fā)現(xiàn)了以化合物RO 28-1675（1）為代表的苯基丙酰胺類化合物，其具有提高GK活性的作用。SC1.5（即化合物對(duì)GK的激動(dòng)倍數(shù)為溶劑DMSO對(duì)GK的激動(dòng)倍數(shù)的1.5倍時(shí)所對(duì)應(yīng)的濃度）為0.127μmol·L-1。此后，研究人員通過(guò)初步結(jié)構(gòu)改造得到piragliatin（代號(hào)：RO4389620，2），其SC1.5為0.039 μmol·L-1[17]。在嚙齒動(dòng)物體內(nèi)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)表明，化合物2不但具有較強(qiáng)降糖活性，且不會(huì)引起肝臟脂肪堆積的副作用[18]。但因存在致低血糖的風(fēng)險(xiǎn)，2007年，羅氏公司在尚未完成piragliatin的Ⅱ期臨床試驗(yàn)的情況下就停止了該化合物的相關(guān)研究。另外，為克服piragliatin毒副作用的缺陷，公司在其結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)行了進(jìn)一步結(jié)構(gòu)改造，得到化合物R-1511（結(jié)構(gòu)式暫未公布），該化合物于2009年1月進(jìn)入Ⅰ期臨床試驗(yàn)后未見(jiàn)更新報(bào)道。

隨后，OSI制藥公司的Bertram等[19]以具有微摩爾級(jí)活性（EC50=26.01 μmol·L-1）的GK激動(dòng)劑——化合物3為先導(dǎo)化合物，參考化合物1和2的優(yōu)化思路，從以下3個(gè)方面對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)修飾。1）考察不同含N雜環(huán)對(duì)活性的影響：當(dāng)以2-氨基噻唑環(huán)替換吡唑環(huán)時(shí)，GK激動(dòng)活性較先導(dǎo)化合物提高。但進(jìn)一步體內(nèi)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，無(wú)取代的噻唑環(huán)結(jié)構(gòu)在體內(nèi)發(fā)生了氧化代謝生成毒性硫脲類化合物（見(jiàn)圖4）。但當(dāng)噻唑環(huán)5位引入F原子后，可以避免噻唑環(huán)的體內(nèi)毒性代謝。2）考察苯環(huán)上取代基的變化對(duì)活性的影響：當(dāng)苯環(huán)對(duì)位引入環(huán)丙基砜基時(shí)，可進(jìn)一步將化合物GK激動(dòng)活性提高到先導(dǎo)化合物活性的50倍，但此時(shí)化合物表現(xiàn)出較差水溶性（pH為6.5時(shí)的溶解度為0.5 mg·L-1）。3）考察以不同極性基團(tuán)替換噻吩環(huán)時(shí)對(duì)化合物溶解性、代謝穩(wěn)定性等性質(zhì)的影響：將噻吩環(huán)替換為四氫吡喃環(huán)，同時(shí)將雙鍵還原加氫后得到R-構(gòu)型化合物4（代號(hào)：PSN-GK1，EC50=0.3 μmol·L-1）。雖然化合物4在母核結(jié)構(gòu)上與化合物1和2具有相似性，但化合物4表現(xiàn)出更強(qiáng)的GK激動(dòng)作用；在雄性SD大鼠體內(nèi)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)表明，化合物4具有較好的生物利用度（口服AUC為10.74 mg·h·L-1，靜脈注射AUC為1.66 mg·h·L-1）。2005年，化合物4進(jìn)入Ⅰ期臨床研究，此后未見(jiàn)進(jìn)一步報(bào)道。

圖4 含氨基噻唑結(jié)構(gòu)的葡萄糖激酶激動(dòng)劑在體內(nèi)氧化代謝為硫脲類毒性化合物的過(guò)程Figure 4 The generation process of toxic thioureas through oxidative metabolism of amidothiazole glucokinase activators

2.2 吡啶酮類（pyridones）

武田（Takeda）制藥公司利用骨架躍遷原理，將苯基丙酰胺類GK激動(dòng)劑中的苯環(huán)替換為吡啶酮結(jié)構(gòu)，得到了一系列以吡啶酮類為骨架的GK激動(dòng)劑，其中S-構(gòu)型化合物5、6和7因活性較高（EC50均小于10 μmol·L-1）而備受關(guān)注[20]。目前，該公司研究人員正展開此類化合物的構(gòu)效關(guān)系研究[21]。與此同時(shí)，輝瑞（Pfizer）公司研究人員也報(bào)道了一類以吡啶酮結(jié)構(gòu)為骨架的GK激動(dòng)劑[22]，構(gòu)效關(guān)系研究表明：1）砜基R1鄰位及間位上的取代基對(duì)活性影響不大；2）R3為環(huán)戊基或環(huán)己基時(shí)活性最佳，在環(huán)戊基或環(huán)己基結(jié)構(gòu)上引入吸電子基團(tuán)（如F原子）則活性降低；3）區(qū)別于武田制藥公司化合物R4位置的氨基噻唑結(jié)構(gòu)，且當(dāng)R4為2-氨基吡嗪酰胺類化合物時(shí)，化合物EC50雖有下降，但最大激動(dòng)活性增強(qiáng)。于是通過(guò)進(jìn)一步減小砜基及吡啶酮環(huán)上取代基的大小以降低化合物相對(duì)分子質(zhì)量，并引入甲基吡嗪環(huán)結(jié)構(gòu)，得到的化合物8不僅提高了對(duì)GK的激動(dòng)能力（EC50=3.5μmol·L-1），且具有體內(nèi)代謝性質(zhì)良好的特點(diǎn)。

2.3 咪唑類(imidazoles)

隨著對(duì)不同組織中GK功能的深入研究，研究人員發(fā)現(xiàn)以化合物1和2為代表的化合物，能夠同時(shí)激活肝臟和胰島β細(xì)胞中的GK，而正是由于胰島β細(xì)胞GK被過(guò)度激動(dòng)，促使胰島素分泌過(guò)多，進(jìn)而容易引起血糖過(guò)低的現(xiàn)象。因此，尋找能夠選擇性作用于肝臟細(xì)胞GK蛋白的“部分GK激動(dòng)劑”，成為尋找無(wú)低血糖副作用的GK激動(dòng)劑的新方向。Pfefferkorn等[23]認(rèn)為，“部分GK激動(dòng)劑”可以是一類能夠通過(guò)某種特定方式（如依靠肝細(xì)胞OATP轉(zhuǎn)運(yùn)子轉(zhuǎn)運(yùn)），選擇性地作用于肝細(xì)胞GK蛋白的化合物。若以O(shè)ATP為轉(zhuǎn)運(yùn)子，則此類化合物應(yīng)該滿足3個(gè)條件：1）化合物結(jié)構(gòu)應(yīng)含有能夠被肝臟特異性O(shè)ATP轉(zhuǎn)運(yùn)子識(shí)別的結(jié)構(gòu)片段；2）化合物肝臟代謝較慢，有足夠長(zhǎng)的體內(nèi)保留時(shí)間以確保藥效的發(fā)揮；3）化合物具有較低被動(dòng)滲透性，以減少對(duì)胰島細(xì)胞的激動(dòng)作用。通過(guò)對(duì)化合物庫(kù)的篩選，輝瑞公司研究人員發(fā)現(xiàn)化合物9雖存在代謝不穩(wěn)定、對(duì)胰島INS-1細(xì)胞激動(dòng)作用強(qiáng)、不是OATP轉(zhuǎn)運(yùn)子底物等問(wèn)題，但具有良好的GK激動(dòng)活性（EC50=0.114 μmol·L-1）及相對(duì)分子質(zhì)量?。?66）等類藥性。對(duì)化合物9與GK進(jìn)行模擬對(duì)接研究后發(fā)現(xiàn)，化合物9與GK的Arg63存在氫鍵結(jié)合，環(huán)戊烷結(jié)構(gòu)能夠插入到由Met210、Ile211、Tyr214和Met235組成的疏水口袋中。此外2-氨基吡啶結(jié)構(gòu)上5位甲基剛好暴露在“溶劑通道”（見(jiàn)圖5）[23]。

圖5 化合物9與葡萄糖激酶的結(jié)合方式Figure 5 Binding mode of compound 9 and glucokinase

以化合物9為先導(dǎo)化合物的構(gòu)效關(guān)系研究表明：1）將5位甲基替換為能夠與OATP結(jié)合的羧基、四氮唑等極性基團(tuán)時(shí)，可以顯著降低化合物與GK的結(jié)合能力并保留GK激動(dòng)活性；2）極性基團(tuán)處于4-或6-位時(shí)，化合物的GK結(jié)合能力與GK激動(dòng)活性同時(shí)降低?？紤]到四氮唑基團(tuán)的代謝不穩(wěn)定性可能會(huì)降低化合物在體內(nèi)的保留時(shí)間，最終設(shè)計(jì)合成了化合物10（代號(hào)：PF-04937319），其EC50為0.09 μmol·L-1。在Wistar鼠體內(nèi)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)表明，化合物10對(duì)Wistar鼠肝臟細(xì)胞GK的激動(dòng)能力比對(duì)胰島細(xì)胞GK的激動(dòng)能力大近50倍。臨床前動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，化合物10不僅能夠劑量依賴性降低餐后血糖且不引起低血糖，還具有合理的血漿清除率——化合物9在人肝微粒體（HLM）中的固有清除率（Clint）大于120 mL·min-1·kg-1，化合物10在HLM中的Clint則低于8.0 mL·min-1·kg-1。目前化合物10正處于Ⅱ期臨床研究階段。

2.4 苯甲酰胺類（benzamides）

在眾多進(jìn)入臨床實(shí)驗(yàn)的GK激動(dòng)劑中，以苯甲酰胺或類似結(jié)構(gòu)為母核的GK激動(dòng)劑占有很大比例，如AZD-1656、AZD-5658、AZD-6370等化合物。阿斯利康（AstraZeneca）公司對(duì)于此類化合物的改造及報(bào)道最多。McKerrecher等[24]通過(guò)高通量篩選發(fā)現(xiàn)具有高GK激動(dòng)活性的化合物11，其EC50為0.03 μmol·L-1，但嚙齒類及犬類動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，化合物11的體內(nèi)半衰期分別僅為4.5和1.4 h，使其成藥性受到限制。研究人員以改善該化合物體內(nèi)半衰期為目的，在化合物11的苯環(huán)上引入F原子，得到化合物12，其EC50為0.09 μmol·L-1，且具有良好的理化性質(zhì)及理想的藥物半衰期，在嚙齒類動(dòng)物體內(nèi)的半衰期為15.8 h，犬類動(dòng)物中的半衰期為4.9 h。然而，Waring等[25]在對(duì)化合物12的大鼠體內(nèi)毒理學(xué)研究中發(fā)現(xiàn)，化合物結(jié)構(gòu)中的吡啶羧酸導(dǎo)致其有生殖毒性（如精子數(shù)量減少、睪丸支持細(xì)胞空泡樣變等），因此將化合物12的吡啶羧酸結(jié)構(gòu)替換為烷基取代的吡嗪環(huán)結(jié)構(gòu)以避免生殖毒性，并用芳基酰胺結(jié)構(gòu)替換氟原子取代的苯環(huán)以獲得合適的化合物理化性質(zhì)（包括分子水溶性、膜滲透性等），得到化合物13（代號(hào)：AZD-1656）?；衔?3表現(xiàn)出良好的GK激動(dòng)活性（EC50=0.061 μmol·L-1）和生物利用度（約100%），嚙齒動(dòng)物口服葡萄糖耐受性實(shí)驗(yàn)（OGTT）結(jié)果顯示，化合物13可劑量依賴性地降低葡萄糖水平。該化合物于2009年進(jìn)入Ⅱ期臨床研究，但同年阿斯利康公司表示由于化合物13的Ⅱ臨床試驗(yàn)結(jié)果未能達(dá)到預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)，而停止了對(duì)其進(jìn)一步臨床研究，并開展了新的構(gòu)效關(guān)系研究。

此外，Park等[26]通過(guò)化合物13與GK蛋白的晶體衍射研究發(fā)現(xiàn)，GK與苯甲酰胺類GK激動(dòng)劑主要通過(guò)Arg63和Arg250這2個(gè)氨基酸殘基發(fā)生氫鍵結(jié)合。于是延長(zhǎng)R2芳環(huán)與骨架中心苯環(huán)的距離，并在R2結(jié)構(gòu)上引入F原子，進(jìn)一步縮短與GK結(jié)構(gòu)中Arg250的距離，進(jìn)而增加了化合物與GK的結(jié)合能力，最終得到化合物14（代號(hào)：YHGKA），其EC50為0.07 μmol·L-1。嚙齒動(dòng)物OGTT結(jié)果表明，化合物14能夠明顯降低血糖水平，且用藥劑量為50 mg·kg-1時(shí)不引起低血糖、脂肪代謝紊亂及體質(zhì)量增加等副作用。此外，化合物14對(duì)胰島INS-1β細(xì)胞增殖有促進(jìn)作用[27]，這或許有望為伴有胰島素分泌功能喪失的2型糖尿病患者的治療帶來(lái)新的思路。

2.5 N-芳基吡啶并嘧啶類

（N-aryl-pyrazolopyrimidines）

Bonn等[28]通過(guò)高通量篩選發(fā)現(xiàn)一系列具有較高GK激動(dòng)活性的吡啶并嘧啶類化合物。其中S-構(gòu)型的化合物15的EC50為2.51 μmol·L-1，其GK激動(dòng)活性最為引人注目，且該化合物結(jié)構(gòu)上具有良好的類藥性，如：較低的相對(duì)分子質(zhì)量、化合物中同時(shí)含有極性部分與非極性部分等。通過(guò)與GK蛋白進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬對(duì)接發(fā)現(xiàn)：在與GK蛋白的結(jié)合方式上，化合物15與以往的GK激動(dòng)劑具有相似性?；衔?5結(jié)構(gòu)中氨基噻唑結(jié)構(gòu)與GK的Arg63發(fā)生氫鍵結(jié)合，并通過(guò)芳香環(huán)（苯環(huán)）與Trp99和Tyr215發(fā)生π-共軛（見(jiàn)圖6）。盡管化合物15在骨架結(jié)構(gòu)上與之前的GK激動(dòng)劑較為不同，但在與GK的結(jié)合方式上具有一致性。目前阿斯利康公司正展開以化合物15為先導(dǎo)化合物的構(gòu)效關(guān)系研究，以期得到高活性且成藥性好的GK激動(dòng)劑。

圖6 化合物15與葡萄糖激酶對(duì)接的計(jì)算機(jī)模擬圖

Figure 6 The simulating graph of compound 15 docking with glucokinase

2.6 2-甲基苯并呋喃類（2-methylbenzofurans）

通過(guò)對(duì)GK激動(dòng)劑的GK激動(dòng)能力與其致低血糖副作用和降血糖有效時(shí)間之間關(guān)系的總結(jié)分析，輝瑞公司研究人員認(rèn)為，新一代不具有低血糖風(fēng)險(xiǎn)的GK激動(dòng)劑應(yīng)滿足3條標(biāo)準(zhǔn)：1）GK激動(dòng)劑應(yīng)具有較強(qiáng)的GK激動(dòng)能力（EC50＜100 μmol·L-1）；2）對(duì)GK的親和力應(yīng)控制在合理范圍內(nèi)（Km=0.05 ～0.2 μmol·L-1）；3）GK激動(dòng)劑與GK的反應(yīng)速率對(duì)于保持GK激動(dòng)劑能在體內(nèi)持續(xù)地發(fā)揮降糖作用至關(guān)重要，以GK與底物的Vmax在0.8～1.2 μmol·min-1較為理想。參考以上標(biāo)準(zhǔn)，輝瑞公司選擇具有2-甲基苯并呋喃結(jié)構(gòu)的化合物16作為新一代GK激動(dòng)劑的結(jié)構(gòu)骨架，通過(guò)初步構(gòu)效關(guān)系分析，設(shè)計(jì)合成了化合物17（代號(hào)：PF-04670586），其具有較強(qiáng)的GK激動(dòng)能力，同時(shí)表現(xiàn)出能與酶快速結(jié)合的特性（EC50=188 μmol·L-1，Km=0.1 μmol·L-1，Vmax=0.87 μmol·min-1）。SD大 鼠OGTT結(jié)果顯示，化合物17能劑量依賴性地降低葡萄糖水平，且不會(huì)引起低血糖。2013年，輝瑞公司展開了化合物17的臨床前準(zhǔn)備工作[29]。

2.7 其他類

除上述類型的GK激動(dòng)劑外，文獻(xiàn)還報(bào)道了苯乙酰胺類（如化合物18，其EC50為0.09 μmol·L-1）[30]和四氫吡嗪類（如化合物19，其EC50為0.082 μmol·L-1）[31]等結(jié)構(gòu)類型。以這些化合物為先導(dǎo)物的相關(guān)研究也在進(jìn)行中。

3 結(jié)語(yǔ)

與目前口服抗糖尿病藥物不同的是，小分子GK激動(dòng)劑通過(guò)激活肝臟和胰島β細(xì)胞的GK來(lái)表現(xiàn)出良好的降血糖作用。值得一提的是，GK的活性還可受到GK調(diào)節(jié)蛋白（glucokinase regulatory protein，GKRP）的負(fù)向調(diào)節(jié)。GKRP可與葡萄糖競(jìng)爭(zhēng)性地結(jié)合GK，形成GKRP-GK復(fù)合物來(lái)抑制GK活性，并且與超開啟構(gòu)象相互作用，影響GK對(duì)底物葡萄糖的親和性，進(jìn)而起到血糖調(diào)節(jié)作用。傳統(tǒng)的GK激動(dòng)劑雖然具有良好的降血糖作用，但往往具有致低血糖和引起肝臟脂肪堆積等風(fēng)險(xiǎn)。尋找到以GKRP為直接靶點(diǎn)，能夠間接調(diào)控GK活性進(jìn)而調(diào)節(jié)血糖水平的小分子化合物，是近來(lái)以GK為核心開發(fā)降糖藥物的一個(gè)新方向[10,32]。隨著對(duì)不同結(jié)構(gòu)GK激動(dòng)劑與GK間結(jié)合方式、GK相關(guān)調(diào)控蛋白（如GKRP等）結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步闡明，以及“GK部分激動(dòng)劑”等概念的引入，可以相信在不久的將來(lái)，以GK為靶點(diǎn)的新一代抗糖尿病藥物終將開發(fā)成功。

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·藥學(xué)研究·

PHARMACEUTICAL RESEARCH

Small Molecule Glucokinase Activators

WANG Zhengyu1, DUAN Wenhu2, ZHOU Jinpei1, ZHANG Huibin1
( 1.Center of New Drug Research, China Pharmaceutical University, Nanjing 21009, China;2. Shanghai Institute of Materia Medica, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201203, China)

Type 2 diabetes is a chronic metabolic disease for the treatment of which there are no ideal therapeutic agents up to now.Glucokinase (GK) can phosphorylate glucose, and plays important role in regulating blood-glucose, including serving as a glucose sensor of the insulin-producing pancreatic islet β-cells and controlling the hepatic glucose metabolism. Small molecule glucokinase activators (GKAs) have been proven to lower blood-glucose, therefore have the potential for the treatment of type 2 diabetes.Small molecules targeting GK have been listed in clinical trials; however, none of them have been approved for marketing.The recent progress in research on GKAs has been reviewed in this paper.

glucokinase; glucokinase activator; structure-activity relationship; type 2 diabetes

R977.15

A

1001-5094（2014）06-0438-08

接受日期：2014-03-25

*通訊作者：張惠斌，研究員；

研究方向：心血管疾病治療藥物與抗感染藥物研究；

Tel：025-83271302；E-mail：zhanghb80@163.com