小分子葡萄糖激酶激動劑

王政雨，段文虎，周金培，張惠斌*

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

小分子葡萄糖激酶激動劑

王政雨1，段文虎2，周金培1，張惠斌1*

（1. 中國藥科大學(xué)新藥研究中心，江蘇 南京 210009；2. 中國科學(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，但尚無相關(guān)藥物獲準(zhǔn)上市。對近幾年報(bào)道的小分子葡萄糖激酶激動劑進(jìn)行綜述。

葡萄糖激酶；葡萄糖激酶激動劑；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10%，且有逐年增加的趨勢[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?。?、ATP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）、過氧化物酶體增殖物活化受體（PPAR）激動劑（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劑上，并獲得了一定的成果。本文按結(jié)構(gòu)類型對近幾年文獻(xiàn)報(bào)道的小分子GK激動劑的研究進(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“連接域”（connecting region）分隔開。葡萄糖分子通過與大域的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激動劑正是與這個(gè)位點(diǎn)結(jié)合而發(fā)揮GK激動作用（見圖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程，在結(jié)構(gòu)與動態(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)象對葡萄糖親和力較高，而超開啟構(gòu)象則對葡萄糖的親和力相對較低[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激動劑通過與開啟型構(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)合及對葡萄糖的磷酸化（見圖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是相對分子質(zhì)量為52 000的單體酶；3）對葡萄糖親和力低（Km=8 mmol·L-1），此外對甘露糖和果糖亦有親和力；4）動力曲線為“S”狀，與葡萄糖在動力學(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劑

GK激動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GK激動劑作為降糖藥上市，但各制藥公司仍將GK激動劑作為調(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GK的激動倍數(shù)為溶劑DMSO對GK的激動倍數(shù)的1.5倍時(shí)所對應(yīng)的濃度）為0.127μmol·L-1。此后，研究人員通過初步結(jié)構(gòu)改造得到piragliatin（代號：RO4389620，2），其SC1.5為0.039 μmol·L-1[17]。在嚙齒動物體內(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)后未見更新報(bào)道。

隨后，OSI制藥公司的Bertram等[19]以具有微摩爾級活性（EC50=26.01 μmol·L-1）的GK激動劑——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)方面對其進(jìn)行結(jié)構(gòu)修飾。1）考察不同含N雜環(huán)對活性的影響：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)上取代基的變化對活性的影響：當(dāng)苯環(huán)對位引入環(huán)丙基砜基時(shí)，可進(jìn)一步將化合物GK激動活性提高到先導(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：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)的葡萄糖激酶激動劑在體內(nèi)氧化代謝為硫脲類毒性化合物的過程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，但最大激動活性增強(qiáng)。于是通過進(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GK的激動能力（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被過度激動，促使胰島素分泌過多，進(jìn)而容易引起血糖過低的現(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激動劑”，成為尋找無低血糖副作用的GK激動劑的新方向。Pfefferkorn等[23]認(rèn)為，“部分GK激動劑”可以是一類能夠通過某種特定方式（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)子識別的結(jié)構(gòu)片段；2）化合物肝臟代謝較慢，有足夠長的體內(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滲透性，以減少對胰島細(xì)胞的激動作用。通過對化合物庫的篩選，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、對胰島INS-1細(xì)胞激動作用強(qiáng)、不是OATP轉(zhuǎn)運(yùn)子底物等問題，但具有良好的GK激動活性（EC50=0.114 μmol·L-1）及相對分子質(zhì)量?。?66）等類藥性。對化合物9與GK進(jìn)行模擬對接研究后發(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激動活性同時(shí)降低。考慮到四氮唑基團(tuán)的代謝不穩(wěn)定性可能會降低化合物在體內(nèi)的保留時(shí)間，最終設(shè)計(jì)合成了化合物10（代號：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Wistar鼠肝臟細(xì)胞GK的激動能力比對胰島細(xì)胞GK的激動能力大近50倍。臨床前動物實(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激動劑中，以苯甲酰胺或類似結(jié)構(gòu)為母核的GK激動劑占有很大比例，如AZD-1656、AZD-5658、AZD-6370等化合物。阿斯利康（AstraZeneca）公司對于此類化合物的改造及報(bào)道最多。McKerrecher等[24]通過高通量篩選發(fā)現(xiàn)具有高GK激動活性的化合物11，其EC50為0.03 μmol·L-1，但嚙齒類及犬類動物實(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，在嚙齒類動物體內(nèi)的半衰期為15.8 h，犬類動物中的半衰期為4.9 h。然而，Waring等[25]在對化合物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：AZD-1656）。化合物13表現(xiàn)出良好的GK激動活性（EC50=0.061 μmol·L-1）和生物利用度（約100%），嚙齒動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激動劑主要通過Arg63和Arg250這2個(gè)氨基酸殘基發(fā)生氫鍵結(jié)合。于是延長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：YHGKA），其EC50為0.07 μmol·L-1。嚙齒動物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新的思路。

2.5 N-芳基吡啶并嘧啶類

（N-aryl-pyrazolopyrimidines）

Bonn等[28]通過高通量篩選發(fā)現(xiàn)一系列具有較高GK激動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。通過與GK蛋白進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬對接發(fā)現(xiàn)：在與GK蛋白的結(jié)合方式上，化合物15與以往的GK激動劑具有相似性。化合物15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，并通過芳香環(huán)（苯環(huán)）與Trp99和Tyr215發(fā)生π-共軛（見圖6）。盡管化合物15在骨架結(jié)構(gòu)上與之前的GK激動劑較為不同，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激動劑。

圖6 化合物15與葡萄糖激酶對接的計(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）

通過對GK激動劑的GK激動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激動劑應(yīng)滿足3條標(biāo)準(zhǔn)：1）GK激動劑應(yīng)具有較強(qiáng)的GK激動能力（EC50＜100 μmol·L-1）；2）對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激動劑與GK的反應(yīng)速率對于保持GK激動劑能在體內(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激動劑的結(jié)構(gòu)骨架，通過初步構(gòu)效關(guān)系分析，設(shè)計(jì)合成了化合物17（代號：PF-04670586），其具有較強(qiáng)的GK激動能力，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

與目前口服抗糖尿病藥物不同的是，小分子GK激動劑通過激活肝臟和胰島β細(xì)胞的GK來表現(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可與葡萄糖競爭性地結(jié)合GK，形成GKRP-GK復(fù)合物來抑制GK活性，并且與超開啟構(gòu)象相互作用，影響GK對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，是近來以GK為核心開發(fā)降糖藥物的一個(gè)新方向[10,32]。隨著對不同結(jié)構(gòu)GK激動劑與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部分激動劑”等概念的引入，可以相信在不久的將來，以GK為靶點(diǎn)的新一代抗糖尿病藥物終將開發(fā)成功。

[1]King H, Aubert R E, Herman W H. Global burden of diabetes, 1995-2025: prevalence, numerical estimates, and projections[J]. Diabetes Care, 1998, 21 (9): 1414-1431.

[2]Bowler J M, Hervert K L, Kearley M L,et al. Small-molecule allosteric activation of human glucokinase in the absence of glucose [J]. ACS Med Chem Lett, 2013, 4 (7): 580-584.

[3]American Diabetes Association. Diagnosis and classifcation of diabetes mellitus [J]. Diabetes Care, 2013, 36 (Suppl 1): S67-S74.

[4]Park K, Lee B M, Hyun K H,et al. Discovery of 3-(4-methanesulfonylphenoxy)-N-[1-(2-methoxy-ethoxymethyl)-1H-pyrazol-3-yl]-5-(3- methylpyridin-2-yl)-benzamide as a novel glucokinase activator (GKA) for the treatment of type 2 diabetes mellitus[J]. Bioorg Med Chem,2014, 22 (7): 2280-2293.

[5]Sols A, Salas M, Vinuela E. Induced biosynthesis of liver glucokinase [J]. Adv Enzyme Regul, 1964, 2: 177-188.

[6]Kamata K, Mitsuya M, Nishimura T,et al. Structural basis for allosteric regulation of the monomeric allosteric enzyme human glucokinase [J]. Structure, 2004, 12 (3): 429-438.

[7]Matschinsky F M, Porte D. Glucokinase activators (GKAs) promise a new pharmacotherapy for diabetics [J]. F1000 Med Rep, 2010, 2 (43): 1-5.

[8]Johnson D, Shepherd R M, Gill D, et al. Glucokinase activators: molecular tools for studying the physiology of insulin-secreting cells [J]. Biochem Soc Trans, 2007, 35 (5): 1208-1210.

[9]Shammas C, Neocleous V, Phelan M M, et al. A report of 2 new cases of MODY2 and review of the literature: implications in the search for type 2 diabetes drugs [J]. Metabolism, 2013, 62 (11): 1535-1542.

[10]Lloyd D J, St Jean D J, Kurzeja R J,et al. Antidiabetic effects of glucokinase regulatory protein small-molecule disruptors [J]. Nature, 2013, 504 (7480): 437-440.

[11]Pal M. Recent advances in glucokinase activators for the treatment of type 2 diabetes [J]. Drug Discov Today, 2009, 14 (15/16): 784-792.

[12]Matschinsky F M. GKAs for diabetes therapy: why no clinically useful drug after two decades of trying? [J].Trends Pharmacol Sci, 2013, 34 (2): 90-99.

[13]黃卉, 申竹芳. 以葡萄糖激酶為靶點(diǎn)的抗糖尿病新藥研究[J]. 中國藥理學(xué)通報(bào), 2006, 22(9): 1025-1029.

[14]Rees M G, Gloyn A L. Small molecular glucokinase activators: has another new anti-diabetic therapeutic lost favour?[J]. Br J Pharmacol, 2013, 168 (2): 335-338.

[15]De Ceuninck F, Kargar C, Ilic C,et al. Small molecule glucokinase activators disturb lipid homeostasis and induce fatty liver in rodents: a warning for therapeutic applications in humans[J]. Br J Pharmacol,2013, 168(2): 339-353.

[16]Grimsby J, Sarabu R, Corbett W L,et al. Allosteric activators of glucokinase: potential role in diabetes therapy[J]. Science,2003, 301(5631): 370-373.

[17]Daniewski A R, Liu W, Radinov R N. Process for the preparation of a glucokinase activator:US,20070244129[P]. 2007-11-29.

[18]Sarabu R, Bizzarro F T, Corbett W L,et al. Discovery of piragliatin——frst glucokinase activator studied in type 2 diabetic patients[J]. J Med Chem,2012, 55(16): 7021-7036.

[19]Bertram L S, Black D, Briner P H,et al. SAR, pharmacokinetics, safety, and effcacy of glucokinase activating 2-(4-sulfonylphenyl)-N-thiazol-2-ylacetamides: discovery of PSN-GK1[J]. J Med Chem,2008, 51(14): 4340-4345.

[20]Cheruvallath Z S, Gwaltney S L, Sabat M,et al. Design, synthesis and SAR of novel glucokinase activators [J]. Bioorg Med Chem Lett,2013, 23(7): 2166-2171.

[21]Sarabu R, Berthel S J, Kester R F,et al. Novel glucokinase activators: a patent review (2008-2010)[J]. Expert Opin Ther Pat,2011, 21(1): 13-33.

[22]Pfefferkorn J A, Lou J H, Minich M L,et al. Pyridones as glucokinase activators: identifcation of a unique metabolic liability of the 4-sulfonyl-2-pyridone heterocycle[J]. Bioorg Med Chem Lett,2009, 19(12):3247-3252.

[23]Pfefferkorn J A, Guzman-Perez A, Litchfeld J,et al. Discovery of (S)-6-(3-Cyclopentyl-2-(4-(trifluoromethyl)-1H-imidazol-1-yl)propanamido) nicotinic acid as a hepatoselective glucokinase activator clinical candidate for treating type 2 diabetes mellitus[J]. J Med Chem,2011, 55(9): 1318-1333.

[24]McKerrecher D, Allen J V, Caulkett P W R,et al. Design of a potent, soluble glucokinase activator with excellent in vivo effcacy[J]. Bioorg Med Chem Lett,2006, 16(10): 2705-2709.

[25]Waring M J, Brogan I J, Coghlan M,et al. Overcoming retinoic acid receptor-α based testicular toxicity in the optimisation of glucokinase activators[J]. Med Chem Comm,2011, 2(8): 771-774.

[26]Park K, Lee B M, Kim Y H,et al. Discovery of a novel phenylethyl benzamide glucokinase activator for the treatment of type 2 diabetes mellitus[J]. Bioorg Med Chem Lett,2013, 23(2): 537-542.

[27]Oh Y S, Lee Y J, Park K,et al. Treatment with glucokinase activator, YH-GKA, increases cell proliferation and decreases glucotoxic apoptosis in INS-1 cells[J]. Eur J Pharm Sci,2014, 51: 137-145.

[28]Bonn P, Brink D M, Fagerhag J, et al. The discovery of a novel series of glucokinase activators based on a pyrazolopyrimidine scaffold[J]. Bioorg Med Chem Lett,2012, 22(24): 7302-7305.

[29]Pfefferkorn J A, Guzman-Perez A, Oates P J,et al. Designing glucokinase activators with reduced hypoglycemia risk: discovery of N,N-dimethyl-5-(2-methyl-6-((5-methylpyrazin-2-yl)-carbamoyl)benzofuran-4-yloxy) pyrimidine-2-carboxamide as a clinical candidate for the treatment of type 2 diabetes mellitus[J]. Med Chem Comm, 2011, 2(9): 828-839.

[30]Bebernitz G R, Beaulieu V, Dale B A,et al. Investigation of functionally liver selective glucokinase activators for the treatment of type 2 diabetes[J]. J Med Chem,2009, 52(19): 6142-6152.

[31]Ashton K S, Andrews K L, Bryan M C,et al. Small molecule disruptors of the glucokinase-glucokinase regulatory protein interaction: 1. Discovery of a novel tool compound for in vivo proof-of-concept[J]. J Med Chem,2014, 57(2): 309-324.

[32]Pautsch A, Stadler N, Lohle A, et al. Crystal structure of glucokinase regulatory protein[J].Biochemistry, 2013, 52(20):3523-3531.

·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