新型GPR119和TGR5激动剂发现及对糖尿病作用研究文档格式.docx

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1010160017

所在院系：

生命科学与技术学院学科门类：

理学

学科专业：

生物化学与分子生物学指导教师：

谢欣研究员

二〇一四年四月

Adissertationsubmittedto

TongjiUniversityinconformitywiththerequirementsforthedegreeofDoctorofPhilosophy

DiscoveryofnovelagonistsofGPR119andTGR5andthestudyoftheireffectsondiabetesmillitus

Candidate:

ZhangShu-yongStudentNumber:

1010160017School/Department:

SchooloflifeSciences

andTechnology

Discipline:

DoctorofScience

Major:

BiochemistryandMolecularBiology

Supervisor:

XIEXIN

Apr，2014

新型GPR119和TGR5激动剂的发现及其对糖尿病作用的研究 张书永 同济大学

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学位论文作者签名：

年 月 日

同济大学学位论文原创性声明

本人郑重声明：

所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。

除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。

对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。

摘要

糖尿病是由不同病因（如遗传因素、免疫功能紊乱、微生物感染及其毒素、自由基、精神因素等）导致胰岛素绝对不足或相对不足的一类代谢紊乱综合症，主要包括1型（Type 1 diabetes mellitus，T1DM）和2型糖尿病（Type 2diabetesmellitus，T2DM），其中以T2DM最为普遍。

其发病机制主要涉及肝葡萄糖生产过剩，胰岛素抵抗和产生胰岛素的胰岛β 细胞功能障碍。

G蛋白偶联受体（Guanosine-bindingProteinCoupledReceptor，GPCR）家族是人体内最大的膜受体蛋白家族。

目前全球药物市场上有1/3的小分子药物是GPCR的激活剂或拮抗剂。

近年来的研究发现，部分GPCRs对胰岛β细胞有刺激效应，它们在胰岛β细胞中高表达，并且在肠道L细胞内促进胰高血糖素样肽-1（Glucagon-likepeptide-1，GLP-1）和葡萄糖依赖性胰岛素释放多肽（glucose-dependentinsulinotropicpolypeptide，GIP）释放。

其中GPR119和TGR5受到大家的广泛关注。

本论文第一部分内容围绕G蛋白偶联受体119（Gprotein-coupledreceptor

119，GPR119）进行研究。

GPR119是Gs蛋白偶联受体，主要表达在胰腺中的

β细胞和肠道L细胞。

GPR119激活提高细胞内环磷酸腺苷（cAMP）水平，从而增强葡萄糖依赖性胰岛素分泌（glucose-stimulatedinsulinsecretion，GSIS）以及肠促胰岛素激素GLP-1和GIP水平的提高，进而降低糖尿病小鼠血糖和肥胖小鼠的体重。

因此，GPR119是一个治疗糖尿病、肥胖以及其他代谢综合症的潜在药物靶点。

本课题利用报告基因高通量筛选模型对国家新药筛选中心的化合物样品库开展大规模随机筛选。

我们发现了果同尼皂苷F（Gordonoside F）特异性激活GPR119。

GordonosideF是一种从蝴蝶亚（Hoodiagordonii）仙人掌提取物中分离得到的天然产物。

通过对GordonosideF进行结构优化，获得了一个具有良好GPR119激动活性和选择性的类似物果同尼皂苷1（Gordonoside1）。

Gordonoside1通过GPR119促进体内外葡萄糖依赖胰岛素释放和抑制小鼠食欲。

我们的研究结果首次表明，GPR119是最受欢迎的减肥草药Hoodia gordonii的直接作用靶点之一。

鉴于这种草药在体重控制的安全性的悠久历史，

GordonosideF的新型骨架结构的研究将为代谢性疾病治疗药物开发提供重要的依据。

本论文第二部分内容围绕G蛋白胆汁酸偶联受体（TGR5）进行研究。

TGR5是Gs蛋白偶联受体，表达在人和啮齿类动物的许多组织中。

尤其在胃肠道的TGR5，被人们广泛研究并发现它的许多特殊功能。

在调节能量平衡方面，

TGR5的作用路径为胆汁酸-TGR5-环磷酸腺苷-2型碘甲状腺原氨酸二碘酶信号通路，它能定向促进代谢调控，同时能增加肠道GLP-1的分泌，从而调节能量代谢和糖代谢。

TGR5激动剂可在降血糖的同时改善肥胖症状，因此TGR5是一个潜在的抗糖尿病药物靶点。

我们通过对白桦脂酸进行结构优化，获得了一系列对TGR5具有激动活性的3-α-羟基和3-α-酰氧基白桦脂酸衍生物。

与3-β-羟基差向异构体相比，3-α-羟基三萜类化合物明显增强TGR5的效能。

3-α-羟基酯化后的3-α-白桦脂酸衍生物提高TGR5的激动活性，3位酯化白桦脂酸衍生物的两种异构体之间的活性差异进一步扩大。

体外实验结果显示，3-α-酰氧基白桦脂酸刺激NCI-H716肠道细胞的GLP-1分泌，其体内动物实验和药代动力学有待进一步研究。

本研究建立的TGR5激动剂高通量筛选模型以及获得的一系列活性良好的3-α-酰氧基白桦脂酸衍生物，为TGR5生理机制研究以及抗糖尿病药物研发打下良好的基础。

关键词：

GPR119，TGR5，G蛋白偶联受体，激动剂，高通量筛选模型，葡萄糖依赖胰岛素释放，GLP-1分泌，构效关系，cAMP，Hoodiagordonii，GordonosideF，Gordonoside1，白桦脂酸，2型糖尿病，肥胖，代谢性疾病。

ABSTRACT

Diabetesmellitusisametabolicsyndromeinducedbymanydifferentfactors（suchasgeneticfactor,immunedysfunction,microbialinfections,toxinsandmentalfactors,etc）,whichisdividedintotype1（T1DM）andtype2diabetesmellitus（T2DM）.T2DMisthemostcommonformofdiabetesmellituswithhepaticglucoseoverproduction,insulinresistanceandpancreaticβcelldysfunction.Gproteincoupledreceptors（Guanosine-bindingProteinCoupledReceptor,GPCR）arethelargestandmostdiversetransmembraneproteinfamiliesinmammaliangenomes.Atpresent,30%smallmoleculedrugsareGPCRagonistsorantagonistsintheglobalpharmaceuticalmarket.Inrecentyears,someGPCRswhicharehighlyexpressedinpancreaticβcells,stimulatepancreaticβcellsinsulinsecretionandincreaseintestinalLcellsGLP-1andGIPrelease.TheGPR119andTGR5havebeenconcerned.

GPR119isaGsproteincoupledreceptorwhichismainlyexpressedinpancreaticisletβcellsandintestinalLcells.ActivationofGPR119canincreasetheaccumulationofintracellularcAMP,therebyenhancingglucose-stimulatedinsulinsecretionandincretinhormonesGLP-1andGIPsecretion.andreducingbloodglucoseindb/dbmiceandweightlossinob/obmicemodel.Therefore,GPR119isanovelandattractivetargetwhichtreatsdiabetesmellitus,obesityandmetabolicsyndrome.Wehavedevelopedareporterhigh-throughputdrugscreeningmodelsforGPR119.WeusedNationalNewDrugScreeningCentercompoundlibrarytocarryoutlarge-scalerandomscreening.HerewedisclosethatGordonosideFwhichisasteroidglycosideoccurringasaminorcomponentinHoodiagordonii,activatesspecificallyGPR119.SynthesesofGordonosideFanditscongenershaveledtothedecipheringoftheuniqueselect