小分子AMPK直接激动剂的研究进展综述(3)

　　
　　鉴于苯并咪唑类化合物表现出十分优异的AMPK 激动活性 （ 如化合物 12,EC50= 3 nmol / L,Actmax= 241% ） ,Xiao 等[26]通 过 化 合 物 12 与AMPK（ α2β1γ1） 的共晶结构和模拟对接进一步阐释了该类化合物与 AMPK 的主要作用方式： ①化合物12 与酶的作用位点位于由 α 亚单位激酶区域（ KD） 与 β 亚单位糖原结合域（ GBD） 组成的间隙疏水口袋，主要容纳化合物 12 的 A、B 环体系（ 图4） ; ②C 环伸展在疏水口袋右侧的开口亲水区域，伸展空间较大，且该部分对 AMPK 最大激动率（ Actmax） 的大小有重要影响； ③与关键氨基酸（ 如Lys29、Asp88、Arg83 等） 存在重要作用力（ 如氢键作用、碱基堆积力等） .这为 AMPK 小分子激动剂的结构设计提供了可靠的思路和依据。

　　之后，日本 Shionogi 公司就以苯并咪唑类化合物结构为基础，利用电子等排原理，仅用 6 个月的时间设计并合成了吡啶并咪唑类约 450 个化合物（ 表 2）[33-36],此类化合物在 2‘位（ R1） 和 5’位（ R3）引入大量天然基团，其中部分化合物在分子水平的AMPK 激动活性较之苯并咪唑类表现更为突出（ 如化合物 19,α1β1γ1EC50= 0. 38 nmol / L,Actmax=660% ） .Merck 公司后期也对该类化合物做了专利补充，部分实施例有所重复。自 2013 年 2 月至今，Shionogi 公司共筛选 28 个吡啶并吡唑类化合物进行生物活性测试，Merck 公司同样筛选了 13个化合物展开药理实验研究，暂时未见更新报道。

　　此外，Merck 公司进一步对氮杂吲哚类化合物作了专利补充（ 表 2） ,其主要药效团未作改变，并筛选了 4 个化合物进入生物活性测试阶段。

　　3. 5 吲哚酸类（ indole acids）

　　同样是在苯并咪唑及其衍生类 AMPK 小分子激动剂结构公开之后，Pfizer 公司通过分子模拟对接设计并合成了一系列吲哚酸类化合物[37],分子水平活性测试显示该类化合物对 AMPK α1β1γ1亚型具有明显的激动作用（ 如化合物 23,EC50=1. 7 nmol / L,Actmax= 68% ） ,然其 AMPK 最大激动率普遍较低。通过分子对接，比较化合物 23（ 黄色） 与 12（ 绿色） 的空间构象发现： ①左侧环系以及母核在疏水口袋的伸展并没有发生明显变化； ②化合物 23 与 12 空间重叠性好，且与 Lys29、Arg83 以及 Asp88 的关键氢键作用都得以保持； ③吲哚酸类缺失的右侧环系对 AMPK 最大激动率的大小有重要影响（ 图 5 和图 6） .Pfizer 公司于 2014 年 5 月筛选出 8 个吲哚酸类 AMPK 小分子直接激动剂进行生物活性测试。
　　
　　3. 6 噻唑烷酮类（ thiazolidones）

　　针对 非 激 动 状 态 的 α1 亚 单 位 片 段 （ 1-394AA） ,Pang 等[38]通过对 3 600 个化合物进行活性筛选，得到小分子 AMPK 直接激动剂 PT1（ 24,α1β1γ1,EC50= 8 μmol / L） .PT1 对于切除 α1 亚单位自抑制区域（ AID,312 ~ 392AA） 的 AMPK 并没有激活作用； 共晶结构及对接研究表明，PT1 镶嵌在 α 亚单位激酶区域（ KD） 与自抑制区域（ AID）之间的间隙，通过与 AID 附近的 Glu96 和 Lys156等氨基酸的氢键作用使该区域构象变得松散而激活 AMPK.实 验 证 明，PT1 只 选 择 性 地 激 活AMPKα 亚单位，且是 AMPK 的直接激动剂，并不导致 AMP/ATP 比值变化； 然而由于该化合物生物利用度较差，体内并没有检测到明显的 AMPK 激动活性[39]; 故而以其为先导化合物不断进行结构优化，将 2-氨基-4-噻唑烷酮替换为 3-烷基吲哚酮得到化合物 25（ EC50= 2. 1 μmol / L） ,AMPK 激动活性明显增强； 进一步优化得到化合物 26（ EC50<2 μmol / L） ,通过 4 周 db / db 小鼠经口给药，与二甲双胍相比可以明显降低血浆甘油三酯水平和提高葡萄糖耐受性[40]; 之后，由 Roche 公司开发的一系列烷基吲哚酮类化合物用于食源性肥胖或者 2 型糖尿病的治疗。化合物 PT1 于2013 年9 月进入临床前期试验，未见更新报道（ 图 7） .最近，由 Boehringer Ingelheim 公司与印度生物技术公司 Connexios Life Sciences 合作开发的用于治疗 2 型糖尿病的 AMPK 小分子激动剂 CNX-012-570 （ α1β1γ1,EC50= 93 nmol / L; α2β2γ3,EC50=285 nmol / L） 进入临床前研究阶段[41],该化合物结构未予公开。但由近期 Boehringer Ingelheim 公司发表的专利显示，其结构可能与 PT1 类（ 27） 和苯并咪唑类（ 28） 有很大相似性（ 化合物 29） ,虽然PT1 与苯并咪唑类的 AMPK 激动机制完全不同。

　　动物实验显示，CNX-012-570 不仅提高机体胰岛素敏感性和葡萄糖耐受性，而且明显降低血浆甘油三酯和血糖水平。此外，另有 13 个该类化合物于2015 年 1 月进入生物活性测试阶段。

　　3. 7 其他类

　　除上述 AMPK 小分子激动剂结构外，文献报道了 如 2-氨 基 噻 唑 类 （ 30,Actmax= 109. 09% /10 μmol / L）[42]、吡啶酰胺类（ 31,EC50< 0. 1 μmol /L）[43]等也具有 AMPK 激动活性，以这些结构为先导化合物的构效关系讨论或生物活性测试也正在进行中。
　　
　　4 结 语

　　AMPK 在细胞和机体能量代谢平衡维持方面的重要作用，使之成为代谢性疾病（ 如糖尿病、肥胖症等） 治疗药物的研究靶点。多家制药公司竞相开发其小分子激动剂，已初步取得满意的效果。

　　尽管目前尚无此类药物上市，但是随着不同结构的AMPK 小分子激动剂与 AMPK 之间的结合方式、AMPK 上游调控蛋白结构和功能以及对机体代谢影响机制的进一步阐明，以 AMPK 为靶点的新一代抗糖尿病药物终将研发成功，为人类健康带来福音。