作為2型糖尿病治療藥物的G蛋白偶聯(lián)受體40激動(dòng)劑研究進(jìn)展

周牧星，楊凌云，周金培，張惠斌

（中國(guó)藥科大學(xué)江蘇省抗代謝性疾病藥物重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210009）

作為2型糖尿病治療藥物的G蛋白偶聯(lián)受體40激動(dòng)劑研究進(jìn)展

周牧星，楊凌云，周金培，張惠斌*

（中國(guó)藥科大學(xué)江蘇省抗代謝性疾病藥物重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210009）

2型糖尿病約占糖尿病總病例數(shù)的90%，目前研發(fā)的其新型治療藥物主要是通過(guò)調(diào)節(jié)糖代謝通路來(lái)控制血糖水平，它們可通過(guò)激活G蛋白偶聯(lián)受體尤其是G蛋白偶聯(lián)受體40，增強(qiáng)胰島β細(xì)胞功能，促進(jìn)胰島素分泌，提高機(jī)體對(duì)胰島素的敏感性，從而達(dá)到治療糖尿病的目的。G蛋白偶聯(lián)受體40作為抗2型糖尿病的新靶點(diǎn)，以其潛在優(yōu)勢(shì)，在糖尿病治療領(lǐng)域備受關(guān)注。簡(jiǎn)介G蛋白偶聯(lián)受體與其配體游離脂肪酸，重點(diǎn)綜述不同結(jié)構(gòu)的G蛋白偶聯(lián)受體40激動(dòng)劑的研究進(jìn)展。

G蛋白偶聯(lián)受體40；激動(dòng)劑；2型糖尿病； 胰島素分泌； 血糖水平

糖尿病是一種嚴(yán)重威脅人類(lèi)健康的疾病，其中2型糖尿病約占糖尿病總病例數(shù)的90%。2型糖尿病是非胰島素依賴(lài)的糖尿病，其發(fā)病機(jī)制主要是肝糖原分泌過(guò)剩、胰島素抵抗和胰島β 細(xì)胞的功能性障礙[1]。最近幾年，針對(duì)2型糖尿病的治療研究主要集中在通過(guò)調(diào)節(jié)糖代謝通路來(lái)促進(jìn)胰島素的分泌，控制血糖水平，如利用胰高血糖素樣肽-1（GLP-1）類(lèi)似物以及二肽基肽酶-4（DPP-4）抑制劑等的治療方案。此外，還有一些化合物能夠通過(guò)與G 蛋白偶聯(lián)受體（GPR）結(jié)合，促進(jìn)胰島素的分泌，從而達(dá)到治療2 型糖尿病的目的，其中包括GPR40 激動(dòng)劑等。本文重點(diǎn)綜述GPR40 激動(dòng)劑的研究進(jìn)展。

1 G蛋白偶聯(lián)受體與游離脂肪酸

GPR為一類(lèi)細(xì)胞表面受體，其對(duì)光線、氣味、神經(jīng)信號(hào)和荷爾蒙等多種胞外信號(hào)敏感，因而可產(chǎn)生一系列胞內(nèi)信號(hào)。據(jù)估計(jì)，人類(lèi)GPR大約有850種，它們?cè)谔囟ǖ募?xì)胞或組織中表達(dá)，參與各種生理作用[2]。約有30%藥物的靶點(diǎn)是GPR，并且可能有更多的GPR成為潛在的藥物靶點(diǎn)，因此對(duì)GPR的鑒定和分類(lèi)尤為重要[3]。人類(lèi)和鼠類(lèi)的GPR具有高度同源性，這表明這些受體在生物進(jìn)化過(guò)程中并未受到影響，可發(fā)揮一定的生理作用。由于因人類(lèi)GPR突變而引起的疾病很少，因此GPR可作為一個(gè)穩(wěn)定的治療靶點(diǎn)[4]。

在過(guò)去的10年中，對(duì)GPR分子藥理學(xué)方面的研究取得了重要進(jìn)展，研究發(fā)現(xiàn)GPR119、GPR84、GPR120、GPR40 (FFAR1)、GPR43 (FFAR2) 和 GPR41 (FFAR3)等受體的配體是各種游離脂肪酸（FFA），這些對(duì)FFA敏感的GPR已成為新藥研發(fā)的靶點(diǎn)[5]。

FFA可按脂肪鏈的長(zhǎng)度分類(lèi)：含6個(gè)以下碳原子的稱(chēng)短鏈FFA，含6～12個(gè)碳原子的稱(chēng)中鏈FFA，含12個(gè)以上碳原子的稱(chēng)長(zhǎng)鏈FFA。FFA可作為分子受體和基因表達(dá)的傳導(dǎo)介質(zhì)，其中，中、長(zhǎng)鏈FFA可激動(dòng)GPR40和GPR120，長(zhǎng)鏈FFA還可激動(dòng)GPR119，中長(zhǎng)鏈FFA則能激動(dòng)GPR84，而短鏈FFA可激動(dòng)GPR43和GPR 41[6]。

FFA是人體必須的營(yíng)養(yǎng)素，同時(shí)也在各種生理作用的信號(hào)傳導(dǎo)中充當(dāng)信號(hào)分子，而過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體 (PPAR)和脂肪酸結(jié)合蛋白(FABP)被認(rèn)為是FFA的受體。然而，在最近的10年中，對(duì)GPR的進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)了一系列FFA受體。GPR是一種七次跨膜受體，能通過(guò)異源三聚體配體間的作用激動(dòng)G蛋白，從而在各種生理作用中扮演重要角色。在FFA受體中，F(xiàn)FAR2和FFAR3是短鏈FFA受體，而FFAR2主要在免疫細(xì)胞中表達(dá)，它在內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)和炎癥反應(yīng)中發(fā)揮多種作用[7]，F(xiàn)FAR3則主要在脂肪組織和胃腸道中表達(dá)。短鏈FFA激動(dòng)FFAR3，可引起瘦素分泌，表明FFAR3可能在能量穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮作用。

在肥胖癥和2型糖尿病患者中，血漿FFA濃度升高，導(dǎo)致脂肪堆積和靶組織中胰島素抵抗。FFA在胰島β細(xì)胞中發(fā)揮多種作用，其急性作用可促進(jìn)胰島素分泌，而長(zhǎng)期作用可能會(huì)損害胰島素分泌，這種雙重作用表明FFA在2型糖尿病引發(fā)高血糖和低胰島素的過(guò)程中均發(fā)揮作用。因此，在2型糖尿病治療領(lǐng)域，對(duì)FFA及其受體GPR的研究成為一大熱點(diǎn)[8-9]。

2 G 蛋白偶聯(lián)受體40激動(dòng)劑

人類(lèi)GPR40基因在人類(lèi)基因庫(kù)U62631片段，與GPR41、GPR42和GPR43一同位于染色體19q13.1上，出現(xiàn)在CD22基因區(qū)域的下游，這個(gè)區(qū)域與2型糖尿病家族的高三酰甘油血癥有關(guān)。GPR40與GPR41和GPR42的同源性較高，與GPR43的同源性不高。GPR40是有七次跨膜結(jié)構(gòu)特征的鳥(niǎo)苷三磷酸（GTP）結(jié)合蛋白偶聯(lián)受體[10]，主要表達(dá)于胰島β細(xì)胞，也在胃腸道的分泌細(xì)胞中表達(dá)，可激活GLP-1受體和促進(jìn)葡萄糖依賴(lài)性的促胰島素多肽分泌等。FFA對(duì)胰島素分泌的放大作用如下：葡萄糖濃度的升高加速細(xì)胞內(nèi)葡萄糖的代謝，導(dǎo)致胞液中腺苷三磷酸/腺苷二磷酸（ATP/ ADP）水平上升，胞膜上ATP依賴(lài)的鉀離子通道（KATP）關(guān)閉，胞膜去極化，L型Ca2+通道打開(kāi)；隨后，F(xiàn)FA刺激胞膜上七次跨膜受體GPR40，通過(guò)磷脂酰肌醇信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，刺激內(nèi)質(zhì)網(wǎng)釋放Ca2+，并進(jìn)一步打開(kāi)L型Ca2+通道，引起細(xì)胞外Ca2+內(nèi)流，胞內(nèi)Ca2+濃度大大升高，從而促使胰島素分泌[11]（又見(jiàn)：Sawzdargo等, Biochem Biophys Res Commun, 1997年）。

GPR40激動(dòng)劑的結(jié)構(gòu)類(lèi)型較多，其中主要有兩類(lèi)：對(duì)氨基苯丙酸衍生物和對(duì)羥基苯丙酸衍生物。

2.1 對(duì)氨基苯丙酸衍生物

有研究者以2-（4-（烷基）氨基苯）丙酸為先導(dǎo)化合物，通過(guò)高通量篩選，發(fā)現(xiàn)化合物1為一小分子GPR40激動(dòng)劑，其結(jié)構(gòu)與月桂酸相似，對(duì)GPR40的pEC50為6.03，表現(xiàn)出較好的水溶性（0.83 g·L-1），具較低的相對(duì)分子質(zhì)量（Mr=289），logP為3.6；而且，化合物1經(jīng)結(jié)構(gòu)改造，其活性可提高100倍，但其羧酸部分被酰胺取代后，活性會(huì)降低。進(jìn)一步的構(gòu)效關(guān)系研究表明化合物1的活性和其羧酸部分的性質(zhì)有關(guān)，且通過(guò)對(duì)其苯丙酸的兩個(gè)碳原子進(jìn)行改造，發(fā)現(xiàn)了更多的活性類(lèi)似物[12-13]。

GW9508（2）對(duì)GPR40具有較好的激動(dòng)活性（pEC50=7.19），且對(duì)GPR120也有一定的激動(dòng)作用（pEC50=5.46），不過(guò)其對(duì)GPR40的選擇性是對(duì)GPR120的100倍，但對(duì)GPR41和GPR43無(wú)活性。且研究表明，GW9508的體內(nèi)外活性均較高，生物利用度較好（65%），半衰期較長(zhǎng)（口服半衰期為5.9 h，靜注半衰期為5.3 h）；此外， GW9508有適度的水溶性（0.29 g·L-1），對(duì)細(xì)胞色素450（CYP450）無(wú)抑制作用[13]。

葛蘭素史克公司研究人員發(fā)現(xiàn)，對(duì)GW9508中芳香環(huán)和苯丙酸部分進(jìn)行改造，還可獲得其他一系列對(duì)氨基苯丙酸衍生物，其中具代表性的活性化合物3對(duì)GPR40的pEC50為8.5。武田公司也報(bào)道了一個(gè)對(duì)氨基苯丙酸衍生物（4），其擁有聯(lián)苯結(jié)構(gòu)，而不是苯氧基結(jié)構(gòu)，它對(duì)GPR40的pEC50為7[13]。阿斯特拉公司研究人員則發(fā)現(xiàn)了一個(gè)新的對(duì)氨基苯丙酸衍生物（5），其對(duì)GPR40的pEC50為7.72；且構(gòu)效關(guān)系研究表明，對(duì)氨基苯丙酸和四氫喹啉相連，有利于該類(lèi)化合物對(duì)GPR40的激動(dòng)作用[14]。

2.2 對(duì)羥基苯丙酸衍生物

對(duì)羥基苯丙酸類(lèi)GPR40激動(dòng)劑中進(jìn)入Ⅲ期臨床研究的有武田（Takeda）公司開(kāi)發(fā)的TAK-875（6），其半衰期為28～30 h[15-16]。最新的為期24周的Ⅲ期臨床試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，2型糖尿病患者接受TAK-875（25或50 mg，qd）治療后，第2周即出現(xiàn)空腹血糖降低。且TAK-875和格列美脲或西他列汀的臨床療效比較以及與西他列汀聯(lián)用的療效也被研究考察過(guò)[17-19]。然而，由于對(duì)肝毒性的擔(dān)憂，武田公司于2013年12月終止了對(duì)TAK-875的開(kāi)發(fā)。

由TAK-875與GPR40受體結(jié)合的復(fù)合物晶體X衍射圖（見(jiàn)圖1）可見(jiàn)，TAK-875與GPR40的跨膜螺旋3～5之間非經(jīng)典部分以及胞外環(huán)2（ECL2）結(jié)合，這個(gè)結(jié)合部位靠近細(xì)胞膜外表面；TAK-875是一個(gè)變構(gòu)結(jié)合調(diào)節(jié)劑，結(jié)合位點(diǎn)是一個(gè)變構(gòu)結(jié)合口袋；TAK-875的羧基部分與GPR40上多個(gè)精氨酸和酪氨酸殘基相互作用。不過(guò)，研究發(fā)現(xiàn)，GPR40上單個(gè)精氨酸殘基發(fā)生突變，并未導(dǎo)致TAK-875的活性顯著下降，表明與GPR40結(jié)合的某些精氨酸殘基對(duì)受體活性無(wú)影響。但這些氨基酸殘基組成的電性口袋保持了整個(gè)受體處于未激活狀態(tài)，一旦電性口袋被干擾，受體即被激活。TAK-875側(cè)鏈部分暴露在受體之外，對(duì)化合物與受體的結(jié)合影響不大，結(jié)構(gòu)容忍性較強(qiáng)，修飾改造的空間很大；而砜基的存在致使TAK-875的親脂性降低，改善了化合物在體內(nèi)的吸收、分配、代謝、排泄和毒性（ADMET）性質(zhì)[20]。

圖1 TAK-875與GPR40的復(fù)合物晶體X衍射圖Figure 1 Crystal X-ray diffraction diagram of TAK-875-GPR40 complex

依據(jù)圖2和一系列相關(guān)化合物的研究報(bào)道，筆者對(duì)此類(lèi)化合物的構(gòu)效關(guān)系進(jìn)行了如下推斷：1）C環(huán)為苯環(huán)較為適宜，替換為芳雜環(huán)后，會(huì)導(dǎo)致化合物活性降低；2）X為連接臂，2個(gè)原子長(zhǎng)度時(shí)，可使化合物活性達(dá)到最佳；3）R1為鹵素及較小的烷基取代時(shí)，化合物活性最佳；4）C環(huán)和R2呈苯丙酸結(jié)構(gòu)時(shí)，化合物活性最佳；5）R2基團(tuán)α位引入取代基或環(huán)狀結(jié)構(gòu)時(shí)，可避免化合物被氧化，致其半衰期延長(zhǎng)；6）R3為親水性的側(cè)鏈或環(huán)狀結(jié)構(gòu)時(shí)，可改善化合物的藥代動(dòng)力學(xué)性質(zhì)，使其活性提高。

圖2 對(duì)羥基苯丙酸類(lèi)化合物構(gòu)效關(guān)系示例Figure 2 Example of structure-activity relationship for p-hydroxy benzoic acid compounds

在此類(lèi)化合物的研究初期，對(duì)化合物的修飾主要是在R2保持苯丙酸結(jié)構(gòu)的同時(shí)，對(duì)A和B環(huán)進(jìn)行結(jié)構(gòu)改造，從而獲得一系列3-(4-烷氧苯基)苯丙酸結(jié)構(gòu)的衍生物。且研究發(fā)現(xiàn)，這類(lèi)衍生物結(jié)構(gòu)中苯丙酸的3位適宜與另一取代苯直接相連，若其間相隔1～3個(gè)碳原子，化合物則將失去活性。由此，經(jīng)高通量篩選得到的化合物7為GPR40的溫和激動(dòng)劑（pEC50為 5.04），對(duì)其進(jìn)一步修飾改造，即獲得一類(lèi)具有毫摩爾級(jí)活性的新型化合物，如化合物8、9、10。其中，活性最好的為化合物8，實(shí)驗(yàn)顯示，它具有良好的生物利用度（87%）和半衰期（6.33 h），且口服吸收迅速（0.5 h），血藥濃度可達(dá)4 758 μg · L-1，值得進(jìn)一步研究開(kāi)發(fā)[21]。

有研究者將雙環(huán)或聯(lián)苯結(jié)構(gòu)等與對(duì)羥基苯丙酸骨架相連得到一系列新的化合物，其中，化合物11～14對(duì)GPR40的pEC50大于8，但化合物12在結(jié)構(gòu)上與其他化合物不同，其碳鏈長(zhǎng)度增加，活性有所降低，而10 μmol·L-1的化合物14對(duì)GPR40的激動(dòng)活性為相同濃度FFA的107%～181%，化合物15則在相同濃度下的激動(dòng)活性為內(nèi)源性激動(dòng)劑的119%[22]。

體內(nèi)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，對(duì)羥基苯丙酸衍生物因苯丙酸β位易發(fā)生β氧化而失去活性，半衰期較短。因此，有研究者嘗試對(duì)此類(lèi)化合物中苯丙酸β位進(jìn)行取代修飾或在β位引入環(huán)狀結(jié)構(gòu)，以改善其半衰期。

LY2881835（16）即是由此通過(guò)高通量篩選而發(fā)現(xiàn)的一個(gè)選擇性強(qiáng)效GPR40激動(dòng)劑（EC50=233 nmol·L-1），其活性為亞麻油酸的91%；且其在人和大鼠體內(nèi)以及小鼠胰島瘤MIN6細(xì)胞中均能強(qiáng)效促進(jìn)新胰島素分泌，在腹腔注射的葡萄糖耐受實(shí)驗(yàn)(ipGTT)中，其對(duì)正常小鼠可產(chǎn)生劑量依賴(lài)性降糖作用(ED90= 0.58 mg·kg-1)[23-24]。在2011年，禮來(lái)公司對(duì)LY2881835進(jìn)行了Ⅰ期臨床試驗(yàn)，考察了其臨床副作用[25]?？墒?，之后未見(jiàn)有關(guān)此化合物的進(jìn)一步報(bào)道。

2013年，Connexios公司使用選擇性GPR40激動(dòng)劑CNX-011-67（EC50= 0.24 nmol·L-1）對(duì)ZDF大鼠進(jìn)行7周長(zhǎng)期性實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明，經(jīng)口給予該化合物，可極大促進(jìn)胰島素分泌，延遲空腹高血糖，改善外周組織中胰島素通路，降低血清FFA和三酰甘油水平。但此化合物的結(jié)構(gòu)尚未公開(kāi)。至今該公司針對(duì)GPR40激動(dòng)劑類(lèi)化合物的專(zhuān)利只有一個(gè)，此專(zhuān)利化合物的特點(diǎn)是具有N-甲基亞胺取代結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)使用苯丙酸或其生物電子等排體作為酸性頭部，如化合物17～20[26]，其中大部分化合物激動(dòng)GPR40的EC50小于10 nmol·L-1，此類(lèi)化合物的活性與其苯丙酸β位的手性相關(guān)[15,27-30]。不過(guò)，該公司也未公開(kāi)此類(lèi)化合物是GPR40的完全激動(dòng)劑或部分激動(dòng)劑。

有研究者在對(duì)對(duì)羥基苯丙酸衍生物進(jìn)行一系列的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化后發(fā)現(xiàn)了化合物21和22，這兩個(gè)化合物在體外實(shí)驗(yàn)中均表現(xiàn)出對(duì)GPR40的良好激動(dòng)活性與藥理作用（EC50分別為71和130 nmol·L-1），其中化合物21在小鼠口服糖耐量實(shí)驗(yàn)中，以10 mg·kg-1劑量給藥，極大地促進(jìn)了胰島素分泌。然而，化合物22易脫靶而產(chǎn)生對(duì)CYP2C9、hERG以及CaV1.2通道的抑制作用[16]。

AMG-837（23）是第一個(gè)進(jìn)入Ⅰ期臨床試驗(yàn)的GPR40激動(dòng)劑，一系列的臨床前體內(nèi)和體外研究證明，其是一個(gè)GPR40部分激動(dòng)劑，具有良好的藥理作用。Ⅰ期臨床試驗(yàn)顯示，AMG-837對(duì)健康受試者無(wú)降糖作用，證明它無(wú)低血糖副作用[31]。然而，由于其他安全性問(wèn)題，AMG-837沒(méi)能被進(jìn)一步開(kāi)發(fā)。

JTT-851是日本煙草公司開(kāi)發(fā)的GPR40激動(dòng)劑類(lèi)化合物，目前處于Ⅱ期臨床開(kāi)發(fā)階段，其結(jié)構(gòu)尚未公開(kāi)[32-33]。不過(guò)，該公司報(bào)道了另一GPR40激動(dòng)劑化合物（24），其對(duì)GPR40的EC50為10～100 nmol·L-1[34]。

另一個(gè)進(jìn)入Ⅰ期臨床試驗(yàn)的此類(lèi)化合物是印度Piramal公司開(kāi)發(fā)的p11187，雖然其結(jié)構(gòu)目前還未公開(kāi)，但根據(jù)最近公開(kāi)的該公司申請(qǐng)的此化合物專(zhuān)利，推測(cè)其可能是該公司將武田公司開(kāi)發(fā)的化合物改造而來(lái)的化合物25，其對(duì)人GPR40具有良好的激動(dòng)活性（EC50＜100 nmol·L-1）[35-36]。

有研究者在對(duì)羥基苯丙酸衍生物的修飾改造中，在苯丙酸的羧基和苯環(huán)之間引入一個(gè)環(huán)狀結(jié)構(gòu)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)一系列二苯基醚類(lèi)活性化合物，其中代表性化合物26和27對(duì)GPR40的pEC50在7～9之間[37-39]。

而將不同的芐基基團(tuán)和對(duì)羥基苯丙酸基團(tuán)相連而形成醚結(jié)構(gòu)，又得到新的一類(lèi)活性化合物。其中，化合物28對(duì)GPR40的pEC50大于8[40]，化合物29則是由一個(gè)鄰甲基芐基基團(tuán)與對(duì)羥基苯丙酸基團(tuán)相連而成，其目前已進(jìn)入臨床前研究階段[41]。

此外，一系列含四氮唑或環(huán)丙基的對(duì)羥基苯丙酸衍生物類(lèi)GPR40激動(dòng)劑也被發(fā)掘，如化合物30和AS2575959（31）。在小鼠中進(jìn)行的一系列藥理實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，AS2575959能降低糖化血紅蛋白濃度而不增加體質(zhì)量以及食物的攝入，且與DPP-4抑制劑西格列汀聯(lián)用時(shí)，其可協(xié)同促進(jìn)葡萄糖依賴(lài)性胰島素分泌和血漿GLP-1分泌[42]。

近期，對(duì)羥基苯丙酸衍生物類(lèi)GPR40激動(dòng)劑中苯丙酸結(jié)構(gòu)的修飾改造研究有了重大突破，一系列苯丙酸結(jié)構(gòu)的生物電子等排體被發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用，其中，通過(guò)高通量篩選發(fā)現(xiàn)的新型3,5-二氧-1,2,4- 二唑烷類(lèi)化合物具有血糖依賴(lài)性降糖作用，因此無(wú)低血糖風(fēng)險(xiǎn)，如代表性化合物32[42]。

2.3 其他類(lèi)型化合物

恒瑞公司發(fā)現(xiàn)了一系列與武田公司開(kāi)發(fā)的GPR40激動(dòng)劑結(jié)構(gòu)相類(lèi)似的化合物，其代表性化合物33～36對(duì)GPR40的EC50分別為14、34、26和41 nmol·L-1。恒河猴體內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明，化合物33和34具有良好的藥理作用，是強(qiáng)效GPR40激動(dòng)劑。但在小鼠和恒河猴的體內(nèi)試驗(yàn)中，化合物33和34的活性呈現(xiàn)物種差異性[43-45]。

賽諾菲公司則發(fā)現(xiàn)一些另類(lèi)結(jié)構(gòu)的GPR40激動(dòng)劑，如含烷基羧酸的嘧啶類(lèi)衍生物（代表性化合物37）和苯并 唑類(lèi)化合物（代表性化合物38）[46]，以及進(jìn)一步將 唑環(huán)變構(gòu)為乙二酰胺結(jié)構(gòu)而得到的一系列化合物（代表性化合物39）和在苯丙酸β位引入取代基以防止β氧化而得到的化合物40～42。對(duì)人GPR40受體進(jìn)行體外實(shí)驗(yàn)時(shí)，通過(guò)測(cè)定胰島素信號(hào)通路中三磷酸肌醇的含量來(lái)監(jiān)測(cè)胰島素的分泌，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，化合物41（SAR1）能顯著促進(jìn)胰島素分泌。在雌性ZDF大鼠中進(jìn)行的口服糖耐量實(shí)驗(yàn)顯示，SAR1的最小有效劑量是1 mg·kg-1[47]。

2.4 親水性改造

一系列合成的小分子GPR40激動(dòng)劑已見(jiàn)諸多文獻(xiàn)報(bào)道，其中TAK-875 和AMG-837均已進(jìn)入臨床研究階段。然而，這些化合物存在的一個(gè)普遍問(wèn)題是都具有相對(duì)較高的親脂性，這是由于內(nèi)源性GPR40激動(dòng)劑為FFA，因此要求小分子GPR40激動(dòng)劑疏水性較高，可是這一性質(zhì)導(dǎo)致了這些小分子GPR40激動(dòng)劑化合物表現(xiàn)出較差的藥代動(dòng)力學(xué)性質(zhì)和代謝穩(wěn)定性以及產(chǎn)生細(xì)胞毒性與脫靶效應(yīng)等[48]。研究表明，這類(lèi)化合物的ClogP值不應(yīng)超過(guò)4[15]。因而，在小分子GPR40激動(dòng)劑化合物的設(shè)計(jì)和修飾改造時(shí)，應(yīng)特別注意配體-親脂性效率（LLE），在維持化合物活性不變的同時(shí)，對(duì)其進(jìn)行親水性改造，以降低脂毒性。

Negoro等[16]在研究中發(fā)現(xiàn)化合物43對(duì)GPR40具有良好的激動(dòng)活性（EC50=30 nmol·L-1），但其親脂性較高（LogD=4.19），過(guò)高的親脂性使它可能與多種受體結(jié)合而產(chǎn)生細(xì)胞毒性。因此，該研究小組嘗試在化合物43結(jié)構(gòu)中尋找可引入親水基團(tuán)的合適位點(diǎn)，以降低其細(xì)胞毒性。結(jié)果，發(fā)現(xiàn)了一系列4-烷氧基聯(lián)苯衍生物，并發(fā)現(xiàn)在2,4-二甲基聯(lián)苯部分的4位引入親水性基團(tuán)，可在保持甚至提高化合物活性的同時(shí)降低其親脂性。其中一些化合物實(shí)現(xiàn)了細(xì)胞毒性和藥代動(dòng)力學(xué)性質(zhì)的平衡，如化合物44含有一個(gè)磺基，在10 nmol·L-1時(shí)無(wú)細(xì)胞毒性，但在30 nmol·L-1時(shí)仍具有細(xì)胞毒性，而具相似結(jié)構(gòu)的化合物45其LogD為 2.78，在30 nmol·L-1時(shí)細(xì)胞毒性明顯降低。此外，在苯丙酸與二甲基聯(lián)苯的連接臂上，氧原子被氮原子替代，可更好地降低化合物的細(xì)胞毒性，如代表性化合物46對(duì)GPR40有較好的激動(dòng)活性（EC50=29 nmol·L-1），LogD為2.14，在30 nmol·L-1時(shí)無(wú)細(xì)胞毒性，同時(shí)由于親水性的改善，在小鼠口服糖耐量實(shí)驗(yàn)中，其可在更低劑量（0.3 mg·kg-1）下顯著提高降血糖效果。

3 結(jié)語(yǔ)

GPR，特別是GPR40作為治療2 型糖尿病的新靶點(diǎn)，在胰島素分泌通路的上游有調(diào)節(jié)血糖的能力，因此，GPR40 激動(dòng)劑可增強(qiáng)胰島β細(xì)胞功能，促進(jìn)胰島素的釋放增加，提高機(jī)體對(duì)胰島素的敏感性，從而達(dá)到治療糖尿病的效果。作為2型糖尿病的治療靶點(diǎn)，GPR40具有多種潛在優(yōu)勢(shì)：第一，由于GPR40是葡萄糖依賴(lài)性地調(diào)節(jié)胰島素分泌，故其激動(dòng)劑不會(huì)或者很少導(dǎo)致低血糖危險(xiǎn)，且可能比其他類(lèi)胰島素分泌促進(jìn)劑（如磺酰脲類(lèi)和格列奈類(lèi)）更具療效；第二，GPR40在體內(nèi)的分布比較有限，因此其激動(dòng)劑可能較少產(chǎn)生副作用；第三，GPR40能調(diào)節(jié)GLP-1釋放，所以其激動(dòng)劑有助于控制攝食、減輕體質(zhì)量以及減少β細(xì)胞凋亡，與其他途徑治療藥物有著異曲同工之妙。

然而，GPR40激動(dòng)劑目前還處于開(kāi)發(fā)的初期，其部分藥理性質(zhì)及臨床不良反應(yīng)（如TAK-875所致肝毒性）機(jī)制等尚未明確。因此，GPR40用作抗糖尿病藥物靶點(diǎn)，尚有極大的研究空間。

[1]Wild S, Roglic G, Green A, et al.Global prevalence of diabetes: estimates for the year 2000 and projections for 2030[J].Diabetes Care, 2004, 27(5): 1047-1053.

[2]Vassilatis D K, Hohmann J G, Zeng H, et al.The G protein-coupled receptor repertoires of human and mouse[J].Proc Natl Acad Sci U S A, 2003, 100(8): 4903-4908.

[3]Ellis C, Smith A.Highlighting the pitfalls and possibilities of drug research[J].Nat Rev Drug Discov, 2004, 3(3): 238-278.

[4]Kebede M A, Alquier T, Latour M G, et al.Lipid receptors and islet function: therapeutic implications?[J].Diabetes Obes Metab, 2009, 11 (Suppl 4): 10-20.

[5]Insel P A, Tang C M, Hahntow I, et al.Impact of GPCRs in clinical medicine: monogenic diseases, genetic variants and drug targets[J].Biochim Biophys Acta, 2007, 1768(4): 994-1005.

[6]Schmitz G, Ecker J.The opposing effects of n-3 and n-6 fatty acids [J].Prog Lipid Res, 2008, 47(2): 147-155.

[7]Miyauchi S, Hirasawa A, Ichimura A, et al.New frontiers in gut nutrient sensor research: free fatty acid sensing in the gastrointestinal tract[J].J Pharmacol Sci, 2010, 112(1): 19-24.

[8]Sauer L A, Dauchy R T, Blask D E.Mechanism for the antitumor and anticachectic effects of n-3 fatty acids[J].Cancer Res, 2000, 60(18): 5289-5295.

[9]Louet J F, Chatelain F, Decaux J F, et al.Long-chain fatty acids regulate liver carnitine palmitoyltransferase I gene (L-CPT I) expression through a peroxisome-proliferator-activated receptor alpha (PPARalpha)-independent pathway[J].Biochem J, 2001, 354(Pt 1): 189-197.

[10]Xiong Y, Miyamoto N, Shibata K, et al.Short-chain fatty acids stimulate leptin production in adipocytes through the G protein-coupled receptor GPR41[J].Proc Natl Acad Sci U S A, 2004, 101(4): 1045-1050.

[11]Shapiro H, Shachar S, Sekler I, et al.Role of GPR40 in fatty acid action on the beta cell line INS-1E[J].Biochem Biophys Res Commun, 2005, 335(1): 97-104.

[12]Ubink-Veltmaat L J, Damoiseaux R A, Rischen R O, et al.Please,let my doctor be obese: associations between the characteristics of general practitioners and their patients with type 2 diabetes[J].Diabetes Care, 2004, 27(10): 2560.

[13]Fujiwara K, Maekawa F, Yada T.Oleic acid interacts with GPR40 to induce Ca2+signaling in rat islet beta-cells: mediation by PLC and L-type Ca2+channel and link to insulin release[J].Am J Physiol Endocrinol Metab, 2005, 289(4): E670-E677.

[14]McKeown S C, Corbett D F, Goetz A S, et al.Solid phase synthesis and SAR of small molecule agonists for the GPR40 receptor[J].Bioorg Med Chem Lett, 2007, 17(6): 1584-1589.

[15]Burant C F.Activation of GPR40 as a therapeutic target for the treatment of type 2 diabetes[J].Diabetes Care, 2013, 36 (Suppl 2): S175-S179.

[16]Negoro N, Sasaki S, Mikami S, et al.Discovery of TAK-875: a potent, selective, and orally bioavailable GPR40 agonist[J].ACS Med Chem Lett, 2010, 1(6): 290-294.

[17]Takeda.Comparison of TAK-875 with sitagliptin when used in combination with metformin in patients with type 2 diabetes[EB/OL].[2014-10-27].http://clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT01834274,2012.

[18]Takeda.Effcacy and safety of TAK-875 compared to glimepiride when used with metformin in participants with type 2 diabetes[EB/OL].[2014-10-27].http://clinicaltrials.gov/show/NCT01481116.2012.

[19]Takeda.TAK-875 (fasiglifam) in combination with sitagliptin in adults with type 2 diabetes[EB/OL].[2014-10-27].http://clinicaltrials.gov/ show/NCT01829464.2013.

[20]Srivastava A, Yano J, Hirozane Y, et al.High-resolution structure of the human GPR40 receptor bound to allosteric agonist TAK-875[J].Nature, 2014, 513(7516): 124-127.

[21]Brown S P, Dransfield P J, Vimolratana M, et al.Discovery of AM-1638: a potent and orally bioavailable GPR40/FFA1 full agonist[J].ACS Med Chem Lett, 2012, 3(9): 726-730.

[22]Yasuma T N N, Fukatsu K.Condensed ring compound: US, 10/558846[P].2006-11-16.

[23]Reifel Miller A, Cox A, Briere D, et al.In vitro insulin action[C]//González Brao M.Proceedings of the 48th EASD.Berlin: Thomson Reuters, 2012.

[24]Reifel Miller A, Cox A, Briere D, et al.In vitro insulin action[C]//American Diabetes Association.Proceedings of 72nd American Diabetes Association.Philadelphia: American Diabetes Association, 2012.

[25]Hamdouchi C.A novel 1,2,3,4-tetrahydroquinoline derivative useful for the treatment of diabetes: US, 2012/050051[P].2013-02-21.

[26]Christiansen E, Hansen S V, Urban C, et al.Discovery of TUG-770: a highly potent free fatty acid receptor 1 (FFA1/GPR40) agonist for treatment of type 2 diabetes[J].ACS Med Chem Lett, 2013, 4(5): 441-445.

[27]Kebede M, Alquier T, Latour M G, et al.The fatty acid receptor GPR40 plays a role in insulin secretion in vivo after high-fat feeding[J].Diabetes, 2008, 57(9): 2432-2437.

[28]Poitout V, Lin D C.Modulating GPR40: therapeutic promise and potential in diabetes[J].Drug Discov Today, 2013, 18(23/24): 1301-1308.

[29]Mancini A D, Poitout V.The fatty acid receptor FFA1/GPR40 a decade later: how much do we know?[J].Trends Endocrinol Metab, 2013, 24(8): 398-407.

[30]Ferdaoussi M, Bergeron V, Zarrouki B, et al.G protein-coupled receptor (GPR)40-dependent potentiation of insulin secretion in mouse islets is mediated by protein kinase D1[J].Diabetologia, 2012, 55(10): 2682-2692.

[31]Lin D C, Zhang J, Zhuang R, et al.AMG 837: a novel GPR40/FFA1 agonist that enhances insulin secretion and lowers glucose levels in rodents[J].PloS One, 2011, 6(11): e27270.

[32]Tobacco J.A phase 2 study of JTT-851[EB/OL].[2014-11-07].http://www.clinicaltrials.jp/user/showCteDetailE.jsp?japicId=JapicC TI-121730.2011.

[33]Tobacco J.Safety and effcacy study of JTT-851 in patients with type 2 diabetes mellitus[EB/OL].[2014-11-07].http://clinicaltrials.gov/show/ NCT01699737.2011.

[34]Shimada T U H, Tsutsumi K, Aoyagi K, et al.Spiro-ring compound and use thereof for medical purposes: JP, 2008069296[P].2009-04-30.

[35]Piramal.Piramal receives US FDA approval for anti-diabetic molecule, GPR40 agonist P11187[EB/OL].[2014-11-17].http://www.pharmabiz.com/NewsDetails.aspx?aid=75330&sid=2.2011.

[36]Piramal.Determination of safety,tolerability,pharmacokinetics,food effect& pharmacodynamics of single & multiple doses of P11187[EB/ OL].[2014-11-17].http://clinicaltrials.gov/show/NCT01874366.2011.

[37]Kuo G H, Song F, Gunnet J, et al.GPR40 agonists: US, 11/939039[P].2008-07-24.

[38]Min G E, Jiafang H E, Lau F W Y, et al.Antidiabetic bicyclic compounds: WO, 2007136572[P].2007-11-29.

[39]Min G E, Lin S, Walsh S, et al.Antidiabetic bicyclic compounds: WO, 2008054675[P].2008-05-08.

[40]Brown S, Dransfeld P, Houze JB, et al.Benzo-fused compounds for use in treating metabolic disorders: WO, 2008030618[P].2008-08-28.

[41]Akerman M, Houze J, Lin D C H, et al.Compounds, pharmaceutical compositions and methods for use in treating metabolic disorders: US, 2005/005815[P].2005-09-22.

[42]Negoro K O K, Yonetoku Y, Kuramoto K, et al.Tetrazole compound: JP, 2010/057035[P].2010-10-28.

[43]Lu H, Fei H, Yang F, et al.Discovery of novel orally bioavailable GPR40 agonists[J].Bioorg Med Chem Lett, 2013, 23(10): 2920-2924

[44]呂賀軍, 董慶, 費(fèi)鴻博, 等.苯并二氧六環(huán)類(lèi)衍生物、其制備方法及其在醫(yī)藥上的應(yīng)用: 中國(guó), 201210300982.7[P].2012-08-22.

[45]楊芳龍, 范江, 董正, 等.稠合環(huán)類(lèi)衍生物、其制備方法及其在醫(yī)藥上的應(yīng)用: 中國(guó), 201210351802.8[P].2012-09-19.

[46]Kang H.Use of the fetal reprogramming of a PPAR agonist: WO, 2012/030165 [P].2011-03-08.

[47]Himmelsbach F B R, Eckhardt M, Hamprecht D, et al.Antidiabetic bycyclic compounds: WO, 2014/130608[P].2014-06-08.

[48]Gleeson M P.Generation of a set of simple, interpretable ADMET rules of thumb [J].J Med Chem, 2008, 51(4): 817-834.

Recent Research Advances in G-protein Coupled Receptor 40
Agonists as Therapeutic Agents for Type 2 Diabetes

ZHOU Muxing, YANG Lingyun, ZHOU Jinpei, ZHANG Huibin
(Jiangsu Key Laboratory of Anti-metabolic Drugs, China Pharmaceutical University, Nanjing 210009, China)

Type 2 diabetes accounts for about 90% of all cases of diabetes.Novel therapeutic drugs for type 2 diabetes in current research and development control blood glucose level mainly by regulating glycometabolism pathways, which could strengthen the function of islet beta cells, promote insulin secretion and improve the body's sensitivity to insulin through activating G-protein coupled receptors(GPRs) , especially GPR40, so as to achieve the goal of treating diabetes.GPR40 as novel therapeutic targets for type 2 diabetes, with its potential advantages, has attracted much attention in the feld of diabetes treatment.GPRs and Their ligands——free fatty acids were Introduced.The research progress on GPR40 agonists with different structures was especially reviewed.

GPR40; agonist; type 2 diabetes; insulin secretion; blood glucose level

R962; R977.15

A

1001-5094（2015）01-0013-10

接受日期：2014-12-03

項(xiàng)目資助：國(guó)家“重大新藥創(chuàng)制”科技重大專(zhuān)項(xiàng)（No.2013ZX09301303-002）； 江蘇省自然科學(xué)基金（No.BK 20141349）

*通訊作者：張惠斌， 研究員；

研究方向： 心血管疾病與腫瘤治療藥物；

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