全 文 :海藻中溴酚化合物的蛋白酪氨酸磷脂酶
1B抑制活性研究
史大永1,许 凤2,李 敬1,郭书举1,苏 华1,韩丽君1
(1.中国科学院 海洋研究所,山东 青岛 266071;
2.青岛大学 医学院 附属医院,山东 青岛 266003)
[摘要] 目的:通过对海藻天然产物进行活性筛选,寻找蛋白酪氨酸磷脂酶1B(PTP1B)抑制剂,为2型糖尿
病和肥胖症的治疗寻找新的治疗药物。方法:以 PTP1B为靶点,采用分子克隆谷胱苷肽巯基转移酶(glutathionS
transferase,GST)融合蛋白的方法,重组表达获得PTP1B,通过高通量筛选模型对海藻中得到的单体化合物进行活
性筛选,采用LOGIT法计算LD50。结果:来源于松节藻和小黏膜藻的溴酚类化合物4二溴5(甲氧基甲基)1,2二
苯酚(1),2甲基3(2,3二溴4,5二羟基)苯丙醛(2),3(2,3二溴4,5二羟基苯)4溴5,6二羟基1,3二氢异
苯并呋喃 (3)表现出显著的PTP1B抑制活性,IC50分别为34,45,28μmol·L
-1。结论:首次对溴酚化合物作为
PTP1B抑制剂进行研究,海藻中的3个溴酚类化合物表现出显著的PTP1B抑制活性,有开发成新型抗糖尿病海洋
药物的潜力。
[关键词] 海藻;蛋白酪氨酸磷脂酶1B;抑制剂;溴酚类化合物
[中图分类号]R2855 [文献标识码]A [文章编号]10015302(2008)19223803
[收稿日期] 20071110
[基金项目] 国家高技术研究发展计划 (863)项目
(2007AA09Z410,2007AA091604);中国科学院方向性创新项目
(KZCX2YW209)
[通讯作者] 韩丽君,Tel:(0532)82898702,Email:ljhan@
ms.qdio.ac.cn
蛋 白 酪 氨 酸 磷 酸 酶 1B(proteintyrosine
phosphatase1B,PTP1B)在胰岛素信号转导通路中起
着重要的负调控作用[1]。研究证实,在胰岛素敏感
细胞中应用 PTP1B抑制剂可使胰岛素受体及其底
物磷酸化水平升高,促进葡萄糖转运子易位及增加
葡萄糖的摄取等,PTP1B抑制剂起到了胰岛素类似
物和胰岛素增敏剂的作用[2]。敲除PTP1B基因[34]
或用反义核苷酸(antisenseoligonuleotides,ASO)[5]
抑制体内PTP1B蛋白及mRNA的表达,不仅可以显
著提高受试小鼠对胰岛素的敏感性,而且能够明显
降低肥胖症的患病几率,因此,寻找小分子 PTP1B
抑制剂已成为治疗2型糖尿病及肥胖症的新靶点。
作者通过对几十种海洋生物进行化学成分研究,对
得到的近百种单体化合物进行高通量筛选,发现来
源于红藻松节藻 Rhodomelaconfervoides和褐藻小黏
膜藻Leathesianana的3个溴酚化合物3,4二溴5
(甲氧基甲基)1,2二苯酚 (Ⅰ),2甲基3(2,3二溴
4,5二羟基)苯丙醛(Ⅱ),3(2,3二溴4,5二羟基
苯)4溴5,6二羟基1,3二氢异苯并呋喃 (Ⅲ)表现
出显著的PTP1B抑制活性,具有良好的开发前景。
1 材料
1.1 海藻 松节藻 Rhodomelaconfervoides,属松节
藻科 Rhodomelaceae,仙菜目 Ceramiales,红藻纲
Rhodophyceae,红藻门 Rhodophyta,广泛分布于中
国、日本、朝鲜半岛及大西洋北岸[6];海藻样品于
2003年4月采于山东青岛海域,由中国科学院海洋
研究所范晓教授鉴定,标本现存于中国科学院海洋
研究所海藻化学研究室,标本号2003048。
小 黏 膜 藻 Leathesia nana 属 黏 膜 藻 科
Leathesiaceae、索 藻 目 Chordariales、褐 藻 门
Phaeophyta,主要分布于我国黄海海域[6];海藻样品
于2002年5月采自山东威海海域,由中国科学院海
洋研究所范晓教授鉴定,标本现存于中国科学院海
洋研究所海藻化学研究室,标本号2002038。
1.2 试剂 谷胱甘肽 sepharose4B购自 Pharmacia
公司,正钒酸钠和 p硝基酚磷酸盐(pnitrophenyl
phosphate,pNPP)购自Sigma公司;其他试剂均为国
产分析纯试剂。
1.3 仪器 Bechmark酶标仪(BIORAD公司);
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Alegra64R高速冷冻离心机 (Beckman公司);
BiomekFX智能双臂系统自动工作台(Beckman公
司)以及BiomekFX操作软件。
2 方法
2.1 化合物制备 松节藻 Rhodomelaconfervoides
样品144kg(干重)粉碎后用95%乙醇提取,提取
液减压浓缩得乙醇提取物723g,醋酸乙酯萃取,减
压浓缩,得醋酸乙酯相浸膏5946g,对得到的浸膏
采用正相、反相硅胶柱色谱,SephadexLH-20色谱
以及HPLC等手段进行分离,得到化合物125mg、
化合物218mg,经波谱分析,分别为3,4二溴5(甲
氧基甲基)1,2二苯酚和2甲基3(2,3二溴4,5
二羟基)苯丙醛[7]。
小黏膜藻Leathesianana样品825kg(干重)粉
碎后用95%乙醇提取,提取液减压浓缩得乙醇提取
物710g,醋酸乙酯萃取,减压浓缩,得醋酸乙酯相浸
膏125g,对得到的浸膏采用正相、反相硅胶柱色谱,
SephadexLH-20色谱等手段进行分离,得到化合
物318mg,经波谱分析,化合物为3(2,3二溴4,5
二羟基苯)4溴5,6二羟基1,3二氢异苯并呋
喃[8]。
2.2 蛋白酪氨酸磷脂酶1B抑制活性测定 采用
分子生物学方法,构建基因重组的 hGSTPTP1B
BL21Escherichiacoli人类 PTP1B工程菌,以 GST亲
和色谱柱纯化 hGSTPTP1B蛋白质,利用含有磷酸
的多肽 pnitrophenylphosphate(pNPP)被 PTP1B酶
解掉1个磷酸后的产物 pNP在波长405nm处有吸
收峰的原理,以 PTP1B作用后生成 pNP的量表示
PTP1B酶活性变化以及化合物对酶活性的抑制情
况。
将待测样品化合物分别用 DMSO配制成不同
浓度的供试品溶液,取2μL供试品溶液分别加入到
标准的测活体系(50mmol·L-1TrisHCl,pH65,2
mmol·L-1pNPP,2%DMSO,30nmol·L-1hGST
PTP1B)。阴性对照:DMSO;阳性对照:正钒酸钠,反
应温度为30℃,动态测定波长405nm处的吸光度
(A),时间3min,按如下公式计算化合物 PTP1B酶
活力抑制率及IC50(LOGIT法)。
抑制率(%)=(A实验 -A阴性)/(A对照 -A阴性)×100%
3 结果
采用比色法,利用 hGSTPTP1B融合蛋白,对来
自红藻松节藻与褐藻小黏膜藻的3个溴酚类化合物
进行了PTP1B活性测试,结果见表1。所有化合物
均呈现良好的量效关系,其中化合物Ⅱ,Ⅲ和正钒酸
钠的200μmol·L-1剂量组与02μmol·L-1剂量
组抑制率比较呈显著性差异(P<005)。
表1 3种化合物不同浓度对蛋白质酪氨酸磷脂酶1B的抑制率(%)及IC50
受试物
抑制率/%
200μmol·L-1 20μmol·L-1 2μmol·L-1 02μmol·L-1
IC50
/μmol·L-1
化合物1 787 512 423 392 34
化合物2 851) 523 424 267 45
化合物3 861) 652 484 257 28
正钒酸钠 9421) 753 533 348 20
注:与02μmol·L-1剂量组比1)P<005
4 讨论
胰岛素抵抗是2型糖尿病发病的关键因素,胰岛
素通过与受体胞外α亚基结合,激活受体胞内β亚基
内在的酪氨酸激酶活性,导致酪氨酸残基自身磷酸
化,从而完全激活胰岛素受体酪氨酸激酶,再通过磷
酸化胰岛素受体底物将信号传递下去。酪氨酸磷酸
化是胰岛素效应实现的一个重要环节,受作用相反的
一对酶即PTK和PTP所调节[9]。PTK在胰岛素信号
传递中的作用很早即被人们所关注,但直到最近,人
们才逐渐认识到PTP在糖尿病发病中的重要性。
Goldstein研究表明,胰岛素抵抗患者的胰岛素
靶组织中 PTP1B和 LARPTP表达增加,这2种 PTP
的表达增加能阻断胰岛素受体酪氨酸的激活和胰岛
素的信号转导[10]。Elchebly等发现,PTP1B基因剔
除鼠可提高胰岛素的敏感性,且这种增敏效应具有
组织特异性,它可增加骨骼肌对葡萄糖的摄取,但对
脂肪组织无明显影响[3]。P387L是 PTP1B的一种
错义突变,Echwald等[11]证实2型糖尿病患者中,该
基因突变频率为14%,而正常对照组仅为05%,
故认为这一变异与2型糖尿病有关。Gum等采用
PTP1B反义寡核苷酸处理糖尿病型小鼠(ob/ob小
鼠),抑制其 PTP1B表达,发现在肝、脂肪和骨骼肌
肉内PTP1B的表达下调时,ob/ob小鼠血糖恢复正
常,与糖代谢有关的各项指标都趋于正常,胰岛素钳
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夹实验表明,糖尿病模型小鼠的肝和外周组织对胰
岛素敏感性增强[1213]。这些结果证实 PTP1B在胰
岛素信号转导中的负调控作用,它的活性增高,可能
是发生胰岛素抵抗和胰岛素受体信号受损的一个致
病因素。因此,寻找PTP1B的小分子抑制剂可能开
发出有效的治疗2型糖尿病和肥胖症的新药。
国际上对 PTP1B抑制剂的研究不多,目前尚未
见溴酚类化合物作为PTP1B抑制剂抗糖尿病方面的
研究报道。通过对上百种海洋天然产物进行活性筛
选,发现来源于海藻的3个溴酚类化合物表现出显著
的PTP1B抑制活性,其 IC50分别为 34,45,28
μmol·L-1,有开发成新型抗糖尿病海洋药物的潜力。
[参考文献]
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ProcNatlAcadSciUSA,2002,99(17):11357.
PTP1Binhibitoryactivitiesofbromophenolderivativesfromalgae
SHIDayong1,XUFeng2,LIJing1,GUOShuju1,SUHua1,HANLijun1
(1.InstituteofOceanology,ChineseAcademyofSciences,Qingdao266071,China;
2.AfiliatedHospitalofMedicalColege,QingdaoUniversity,Qingdao266003,China)
[Abstract] Objective:Tostudytheproteintyrosinephosphatase1B(PTP1B)inhibitoryactivityofnaturalproductsfromalgae
aimingatsearchingfornewwayforthetreatmentoftype2diabetesmelitus(T2DM)andobesity.Method:Bromophenolsderivatives
fromalgaewerescreenedagainstthePTP1BbythecolorimetricassaywithGST/PTP1Bfusionprotein.TheMe2SOwasdistributedas
thefulenzymeactivity,andNa3VO4(IC502μmol·L
-1)wasdistributedasthepositivecontrol.InhibitionratewasassayedandIC50
werecalculatedbyLOGITmethod.Result:ThreebromophenolsfromRhodomelaconfervoidesandLeathesianana,3,4dibromo5
(methoxymethyl)1,2benzenediol(1),2methyl3(2,3dibromo4,5dihydroxy)propylaldehyde(2)and3(2,3dibromo4,5
dihydroxyphenyl)4bromo5,6dihydroxy1,3dihydroisobenzofuran(3)showedsignificantinhibitoryactivityagainstPTP1B.IC50
valueswere34μmol·L-1,45μmol·L-1 and28μmol·L-1,respectively.Conclusion:Theresultsprovethatthree
bromophenolderivativesfromalgaewithsignificantinhibitoryactivityagainstPTP1Bwerepotentialandefectivetherapeuticagentsfor
treatmentofT2DMandobesity.
[Keywords] algae;proteintyrosinephosphatase1B(PTP1B);inhibitor;bromophenol [责任编辑 古云侠]
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