新型GPR119和TGR5激动剂发现及对糖尿病作用研究.docx

1、.论文编号：博士学位论文.新型 GPR119 和 TGR5 激动剂的发现及其对糖尿病作用的研究姓名：张书永学号：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：谢欣研究员二一四年四月A dissertation submitted toTongji University in conformity with the requirements for the degree of Doctor of PhilosophyDiscovery of novel agonists of GPR119 and TGR5 and the study of

2、 their effects on diabetes millitusCandidate:Zhang Shu-yong Student Number:1010160017 School/Department: School of life Sciencesand TechnologyDiscipline:Doctor of ScienceMajor:Biochemistry and Molecular BiologySupervisor:XIE XINApr，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.学位论文版权使用授权书本人完全了解同济大学

3、关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提 供本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国 家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目 的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活 动。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

4、、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。学位论文作者签名：年月日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（Type1diabetesmellitus，T1DM）和 2 型糖尿病（Type2 diabetes mellitus，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 细胞功能障碍。G 蛋白偶联受体

5、（Guanosine-binding Protein Coupled Receptor，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 细胞有刺激效应，它们在胰岛 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-like peptide-1，GLP-1）和葡萄糖依赖性胰岛素释放多肽（glucose- dependent insulinotropic polypeptide，GIP）释放。其中 GPR119 和 TGR5 受到大家的广泛关注。本论文第一

6、部分内容围绕 G 蛋白偶联受体 119（G protein-coupled receptor119，GPR119）进行研究。GPR119 是 Gs 蛋白偶联受体，主要表达在胰腺中的 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-stimulated insulin secretion，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

7、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（GordonosideF） 特异性激活 GPR119。Gordonoside F 是一种从蝴蝶亚（Hoodia gordonii）仙人掌提取物中分离得到的天然产物。通过对 Gordonoside F 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（Gordonoside 1）。 Gordonoside 1 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 Hoodiagordonii 的直接作用靶点之一。鉴于这种草药在体

8、重控制的安全性的悠久历史，Gordonoside F 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。

9、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-羟基和 3-酰氧基白桦脂酸衍生物。与 3- 羟基差向异构体相比，3-羟基三萜类化合物明显增强 TGR5 的效能。3-羟基酯化后的 3-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-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-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

10、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，Hoodia gordonii，Gordonoside F，Gordonoside 1，白桦脂酸，2 型糖尿病，肥胖，代谢性疾病。ABSTRACTDiabetes mellitus is a metabolic syndrome induced by many different factors (such as genetic factor, immune dysfunction, microbial infections

11、, toxins and mental factors, etc), which is divided into type 1 (T1DM) and type 2 diabetes mellitus (T2DM). T2DM is the most common form of diabetes mellitus with hepatic glucose overproduction, insulin resistance and pancreatic cell dysfunction. G protein coupled receptors (Guanosine-binding Protei

12、n Coupled Receptor, GPCR) are the largest and most diverse transmembrane protein families in mammalian genomes. At present, 30% small molecule drugs are GPCR agonists or antagonists in the global pharmaceutical market. In recent years, some GPCRs which are highly expressed in pancreatic cells, stimu

13、late pancreatic cells insulin secretion and increase intestinal L cells GLP-1 and GIP release. The GPR119 and TGR5 have been concerned.GPR119 is a Gs protein coupled receptor which is mainly expressed in pancreatic islet cells and intestinal L cells. Activation of GPR119 can increase the accumulatio

14、n of intracellular cAMP, thereby enhancing glucose-stimulated insulin secretion and incretin hormones GLP-1 and GIP secretion. and reducing blood glucose in db/db mice and weight loss in ob/ob mice model. Therefore, GPR119 is a novel and attractive target which treats diabetes mellitus, obesity and

15、metabolic syndrome. We have developed a reporter high-throughput drug screening models for GPR119. We used National New Drug Screening Center compound library to carry out large-scale random screening. Here we disclose that Gordonoside F which is a steroid glycoside occurring as a minor component in Hoodia gordonii, activates specifically GPR119. Syntheses of Gordonoside F and its congeners have led to the deciphering of the unique select