全 文 ：蛋白酪氨酸磷酸酶 1B 与Ê 型糖尿病的中药治疗
韩凤梅, 梁智军, 陈　勇Ξ
(湖北大学生命科学学院 中药生物技术省重点实验室, 湖北 武汉　430062)
摘　要: 蛋白酪氨酸磷酸酶 1B (PT P1B ) 是Ê 型糖尿病相关蛋白, 是治疗Ê 型糖尿病一个重要的潜在靶点。Ê 型糖
尿病的治疗关键是要寻到对 PT P1B 具有高度选择性的有效抑制剂。目前, 有一些关于 PT P1B 抑制剂的文献报道,
但这些抑制剂对 PT P1B 的选择力不够强。中药中有很多单味中药和复方制剂有降血糖作用, 但其治疗糖尿病的作
用机制还不很清楚, 可能是中药制剂中的某个或某些成分与机体中 PT P1B 或其他糖尿病相关蛋白发生了作用等。
开展药效学和基因芯片研究有利于深入探讨中药治疗Ê 型糖尿病的作用机制。
关键词: 蛋白酪氨酸磷酸酶 1B; Ê 型糖尿病; 抑制剂; 中医药
中图分类号: R 286172　　　文献标识码: A 　　　文章编号: 0253 2670 (2005) 01 0138 03
Prote in tyrosine phospha ta se 1B and type Ê d iabetes trea ted w ith Ch inese ma ter ia m ed ica
HAN Feng2m ei, L IAN G Zh i2jun, CH EN Yong
(H ubei P rovince Key L abo rato ry of B io2T echno logy of T radit ional Ch inese M edicine,
Schoo l of L ife Science, H ubeiU niversity, W uhan 430062, Ch ina)
Key words: p ro tein tyro sine pho sphatase 1B; type Ê diabete; inh ib ito r; t rad it ional Ch inese m edicine
　　糖尿病是由以高血糖为主要特征的一组疾病组成, 其亚
型Ê 型糖尿病占糖尿病发病总数的 80%～ 90% , 病因主要
是组织胰岛素抵抗和胰岛 Β细胞胰岛素分泌相对不足。近年
来发现某些蛋白酪氨酸磷酸酶 (PT Pase) 与Ê 型糖尿病有
关[1～ 3 ], 其中蛋白酪氨酸磷酸酶 1B (PT P1B ) 是负调控胰岛
素信号[4 ], 且 PT P1B 基因敲除小鼠中的特定组织对胰岛素
的敏感性增加[2, 3 ]。因此, PT P1B 被认为是治疗Ê 型糖尿病
胰岛素抵抗的一个重要的潜在靶点 [5 ]。目前, 有关 PT P1B 抑
制剂的研究报道很多, 其中有些成分有抗血糖升高作用 [6, 7 ]。
1　与Ê 型糖尿病相关的 PTP1B 及 PTP1B 抑制剂
111　PT P1B 特征: PT P1B 是一种胞内蛋白, 通过含有 35 个
氨基酸残基的 C2末端定位于细胞内质网上, 其分子结构中
含有 PT P 域及内质网锚状物[8 ]。PT P1B 含有 3 个高度保守
的环状结构, 即 PT P 环 (也叫 PT P 信号基元, 由 11 个氨基
酸残基组成。对 PT P1B 的催化作用而言, 残基中的Cys215和
A rg221是必需的)、识别环 (有识别底物的功能, V al49和 T yr46
残基协助底物进入催化位点 [9 ]。PT P1B 中的 Ser216和该环形
成氢键, 可加强 PT P1B 和底物的结合力度)和W PD 环[9 ] (在
催化反应中起关键作用)。
112　PT P1B 与胰岛素抵抗: E lcheb ly [2 ]和 K lam an [3 ]发现蛋
白 PT P1B 与Ê 型糖尿病的胰岛素抵抗有关。在胰岛素信号
通路中, 蛋白酪氨酸激酶 (PT Kase)和 PT Pase 在机体中共同
协调控制蛋白的磷酸化水平, PT Kase 的磷酸化作用和
PT Pase 的去磷酸化作用使蛋白的磷酸化水平在细胞内处于
动态平衡状态。一旦打破这种平衡态, 机体则会产生病变 [8 ]。
在目前已知的胰岛素信号转导通路中, PT P1B 控制通路中
信号蛋白 (包括胰岛素受体) 的去磷酸化 [4 ] , 最终对生物体产
生影响。
PT P1B 在特定组织细胞中的表达量及活性变化与机体
组织是否胰岛素抵抗有关。Kusari[10 ]等的研究表明, 经胰岛
素刺激后, Ê 型糖尿病模型 Go to2Kak izak i 大鼠骨骼肌中的
PT P1B 活性较对照组要高出 1 倍。A hm ad [11 ]等发现, 在 ST Z
糖尿病大鼠的肌肉和肝脏组织中, 颗粒 PT Pase 和胞浆
PT Pase 中 PT P1B 的量分别比正常组中要高出 49% 和
61%、32% 和 51%。胰岛素抵抗糖尿病人骨骼肌 PT Pase 胞
浆部分中, Ê 型糖尿病肥胖者的 PT P1B 表达量比正常组减
少了 66% ; 而在颗粒部分中, PT P1B 是正常组的 3. 1 倍, 且
活性降至正常组的 37% [12 ]。所以, 不能简单地说胰岛素抵抗
与 PT P1B 的活性和表达量的升高或降低有关, 而视特定组
织、特定部位而定。
研究还发现, PT P1B 基因敲除小鼠表现出特定组织对
胰岛素敏感性的增加[2, 3 ]。E lcheb ly [2 ]等报道, PT P1B - ö- 小
鼠比野生型小鼠任意时刻的血糖浓度均低, 但其胰岛素受体
的磷酸化程度却比 PT P1B + ö+ 小鼠要高出 1 倍, 这种基因敲
除小鼠表现出特定组织对胰岛素敏感性的增加。K lam an [3 ]
对小鼠基因A T G 编码的外显子进行突变处理 (EX1- ö- ) , 产
生了 PT P1B - ö- 型 小 鼠。 经 食 物 喂 养 15 周 后, 雄 性
PT P1B - ö- 小 鼠 体 重 与 对 照 组 相 比 减 轻 了 16% ; 该
PT P1B - ö- 小鼠经高脂肪食物喂养后, 其骨骼肌对葡萄糖的
吸收较对照组高出 75% [3 ]。从上可以看出, PT P1B - ö- 小鼠
·831· 中草药　Ch inese T radit ional and H erbal D rugs　第 36 卷第 1 期 2005 年 1 月
Ξ 收稿日期: 2004206214
基金项目: 国家重大基础前期研究专项基金资助项目 (2002ccc00300) ; 湖北省人事厅 111 人才基金资助项目
对胰岛素的敏感性增加。
113　PT P1B 抑制剂: 在复杂的信号系统中, 单一 PT Pase 可调
控多条信号通路, 一个通路可能由多个 PT Pase 来控制, 抑制剂
的不专一性可能引起信号系统不必要的负面效应[8 ]。所以, Ê
型糖尿病的治疗关键是要寻到对 PT P1B 具有高选择性的有效
抑制剂。目前, 已有一些关于 PT P1B 抑制剂的文献报道[13, 14 ]。
Iversen [13 ]利用各种 PT Pase 的第 259 位氨基酸残基侧
链大小不同的特点提出了“空间阻碍”的设计原理, 并发现其
中 72(1, 12dioxo21H 2benzo [ d ] iso th iazo l232yloxym ethyl) 222
( oxalylam ino ) 24, 72dihydro25H 2th ieno [ 2, 32c ] pyran232
carboxylic acid 在 pH 7. 0 时对 PT P1B 和 TC2PT P (与
PT P1B 高度同源的一种 PT Pase 蛋白) 的选择力相当, 且该
成分对 PT P1B 和 TC2PT P 的选择力较其他 PT Pase 强 20
倍。PT P1B 和 TC2PT P 的第 259 位是 Gln, Gln 没有侧链原
子, 而其他 PT Pase 的第 259 位残基有较大侧链, 这种侧链
结构阻止了这些抑制剂对 PT Pase 的空间识别。M alam as[7 ]
研究了一系列　二唑啉二酮 (azo lidinedione) 对小鼠肝细胞
膜合成 PT Pase 活性的影响, 通过在　二唑啉二酮部分与中
心芳环间引入不同臂长的连接桥, 他们还进一步研究了　二
唑啉二酮作为 PT P1B 抑制剂的定量构效关系, 发现有些氧
杂二　二唑啉二酮类化合物 (oxadiazo lineth ione) 及其羧酸
能使 Ê 型糖尿病小鼠血糖与胰岛素水平恢复正常。
M alam as[14 ]发现 N 2末端三肽 (N 2acetyl2A sp 2T yr (SO 3H ) 2
N le2) 对 PT P1B 的抑制必不可少, 并通过对该三肽的修饰,
制备了一系列磷酸化酪氨酸生物等排体 (表 1) , 该类等排体
对 PT P1B 的选择力较 2 种 PT Pase (LA R , SH P22) 强 10 多
倍。用 N 2acetyl2A sp 2T yr ( SO 3H ) 2N le2作为模板来设计
PT P1B 抑制剂也是一种很好的方法, 但该文中提及的抑制
剂对 PT P1B 和 TC2PT P 的抑制效果近乎相同、没有选择性。
后来, X in 等[5 ]发现了一种高效 PT P1B 抑制剂 (图 1) , 这种
抑制剂对 PT P1B 的选择力是对 TC2PT P 的 5 倍多, 很有可
能成为药用 PT P1B 抑制剂的前体药物。
表 1　磷酸化酪氨酸生物等排体及其对 PTP1B 的抑制活性
Table 1　Phosphotyrosine biphenyls bio isosteres and rela ted inh ibitory activ ity to PTP1B
R 1 R 2 R 3 X IC50ö(Λmo l·L - 1)
B r H H S 　　1. 07
B r B r H S 　　0. 45
I I H S 　　0. 52
B r H H O - 59 ( l)
B r B r H O - 43 (1)
B r H CH (CH 2Ph)CO 2H (R ) S 　　0. 058
B r B r CH (CH 2Ph)CO 2H (R ) S 　　0. 025
42OCH 32Ph H CH (CH 2Ph)CO 2H (R ) S 　　0. 053
42C l2Ph H CH (CH 2Ph)CO 2H (R ) S 　　0. 052
B r B r CH (CH 2CH 2Ph)CO 2H (S) S 　　0. 29
B r B r CH (CH 2CH 22N 2ph thalin im ide) 2CO 2H S 　　0. 044
B r B r CH (CH 2CH 2N HCO Ph222CO 2H )CO 2H S 　　0. 18
B r B r CH (CH 2CH 2N HCO Ph222CO 2H )CO 2CH 3) S 　　0. 054
B r H CH 2CO 2H S 　　0. 36
B r B r CH 2CO 2H S 　　0. 10
Ph H CH 2CO 2H S 　　0. 10
42OCH 32Ph H CH 2CO 2H S 　　0. 080
42OC2H 52Ph H CH 2CO 2H S 　　0. 052
2, 32di2OCH 32Ph H CH 2CO 2H S 　　0. 071
3, 4, 52tri2OCH 32Ph H CH 2CO 2H S 　　0. 100
42OCH 32Ph B r CH 2CO 2H S 　　0. 029
32OCH 32Ph B r CH 2CO 2H S 　　0. 028
2, 42di2OCH 32Ph B r CH 2CO 2H S 　　0. 047
42OCH 32Ph 42OCH 32Ph CH 2CO 2H S 　　0. 025
32OCH 32Ph 32OCH 32Ph CH 2CO 2H S 　　0. 025
B r H CH 2CH 2CH 2CO 2H S 　　0. 17
B r H CH (CH 2Ph)CO 2H (S) O 　　0. 056
B r B r CH (CH 2Ph)CO 2H (S) O 　　0. 038
42OCH 32Ph H CH (CH 2Ph)CO 2H (S) O 　　0. 043
NO 2 H CH (CH 2Ph)CO 2H (R ) O 　　0. 23
B r B r CH (CH 2CH 3)CO 2H (S) O 　　0. 13
B r B r CH [CH 2CH (CH 3) 2 ]CO 2H (R ) O 　　0. 054
B r B r CH [ (CH 2) 3CH 3 ]CO 2H O 　　0. 052
B r B r CH [ (CH 2) 5CH 3 ]CO 2H O 　　0. 023
CH 3 CH 3 CH (CH 2Ph)CO 2H (R ) O 　　0. 074
cyclopen tyl H CH (CH 2Ph)CO 2H (S) O 　　0. 055
·931·中草药　Ch inese T radit ional and H erbal D rugs　第 36 卷第 1 期 2005 年 1 月
　　续表 1
R 1 R 2 R 3 X IC50ö(Λmo l·L - 1)
cyclopen tyl H CH 2CO 2H O 　　0. 17
p ropyl H CH (CH 2Ph)CO 2H (S) O - 59 (0. 1)
N HCH 2CO 2H H CH 2CH 2Ph O 　　0. 082
N HCH 2CH 2CO 2H H CH 2CH 2Ph O 　　0. 14
N HCOCH 2CH 2CO 2H H H O 　　0. 92
N HCOCH = CHCO 2H H H O 　　0. 46
N HCO 2C6H 4222CO 2H H H O 　　0. 16
图 1　PTP1B 高效抑制剂
F ig. 1　PTP1B inh ibitors with h igh eff icency
2　防治Ê 型糖尿病的中药
有很多单味中药和复方对Ê 型糖尿病有防治作用。单味
中药中, 黄精甲醇提取物灌喂Ê 型糖尿病大鼠 [16 ]、芍药苷静
注对 ST Z 诱发的糖尿病小鼠[17 ]均有降低血糖作用。一些复
方中药制剂, 如降糖散[18 ]、消渴饮[19 ]、二地降糖汤[20 ]等制剂
对Ê 型糖尿病均有一定疗效。但这些药物对糖尿病的作用机
制还不清楚, 对 PT P1B 是否有抑制作用还有待进一步研究。
3　展望
治疗Ê 型糖尿病的关键是要消弱或削除机体胰岛素抵
抗。尽管中药对糖尿病有较好防治效果, 但其治疗糖尿病的
作用机制还不很清楚, 可能是中药制剂中的某个或某些成分
与机体中 PT P1B 或其他糖尿病相关蛋白发生了作用等。笔
者认为, 要弄清中药治疗Ê 型糖尿病的作用机制问题, 应从
以下几个方面展开深入研究。
311　深入开展药效学研究, 从胰岛素信号系统中的跨膜或
胞浆蛋白分子 (如胰岛素受体、LA R、PT P1B 等) 入手, 阐明
中药或其有效部位对糖尿病模型胰岛素信号转录系统的影
响机制。
312　利用基因芯片技术筛选糖尿病相关基因, 在基因水平
探讨中药对Ê 型糖尿病进程的影响。
313　人群中肥胖患者占有一定比例, 他 (她) 们可能产生机
体中特定组织的胰岛素抵抗, 导致Ê 型糖尿病的发生。因此,
探讨肥胖基因与Ê 型糖尿病关联基因间的内在联系以及中
药对肥胖基因调控网络的影响, 亦是探讨中药治疗Ê 型糖尿
病作用靶点的一种有益尝试。
References:
[ 1 ]　Go ldstein B J , L i PM , Dong W , et a l1 Regulation of insu lin
action and p ro tein tyro sine pho sphatases [J ]1 V itam H orm ,
1998, 54: 672961
[ 2 ]　E lcheb ly M , Payette P, M ichaliszyn E, et a l1 Increased
insu lin sensit ivity and obesity resistances in m ice lack ing the
p ro tein tyro sine pho sphatase21B gene [J ]1 S cience, 1999,
283: 1544215481
[ 3 ]　Klam an L D , Do ss O , Peron i O D , et a l1 Increased enegry
expenditu re, decreased adipo sity and tissue2specific insu lin
sensit ivity in p ro tein2tyro sine pho sphatase 1B2deficien t m ice
[J ]1 M ol Cell B iol, 2000, 20: 5479254891
[ 4 ]　Kath leen A K, A nyanw u E, O lefsky J M , et a l1 P ro tein2
tyro sine pho sphatase 1B is a negative regu lato r o r insu lin2and
insu lin2like grow th facto r2I2stim ulated Signaling [J ]1 J B iol
Chem , 1996, 271 (33) : 198102198161
[ 5 ]　L iW L , D ixon J E1 Fo rm , function and regu lation of p ro tein
tyro sine pho sphatases and their invo lvem ent in hum an
diseases [J ]1 Imm unology , 2000, 12: 752841
[ 6 ]　M alam as M S, Sredy J , M oxham C, et a l1 N ovel benzofu ran
and benzo th iophene b iphanyls as inh ib ito r of p ro tein tyro sine
pho sphatase 1B w ith an tihyperglycem ic p roperties [J ]1 J
M ed Chem , 2000, 43: 1293213101
[ 7 ]　M alam as M S, Sredy J , Gunaw an I, et a l1 N ew
azo lid inediones as inh ib ito rs of p ro tein tyro sine pho sphatase
1B w ith an tihyperglycem ic p roperties [J ]1 J M ed Chem ,
2000, 43: 995210101
[ 8 ]　F rangion i J V , Bdahm P H , Sh ifrin V , et a l1 T he
non transm em brane tyro sine pho sphatase PT P1B localizes to
the endop lasm ic reticu lum via its 35 am ino acid C2term inal
sequence [J ]1 EM B O J , 1992, 12: 4843248561
[ 9 ]　Zhang Z Y1 P ro tein tyro sine pho sphatase: p ro spect fo r
therapeu tics [J ]1 Cu rr Op in Chem B iol, 2001, 5: 41624231
[ 10 ]　Kusari J , D adkess, L i H C, et a l1 E levated exp ression and
activity of p ro tein2tyro sine pho sphatase 1B in skeletal m uscle
of insu lin2resistan t type 2 diabetic Go to2KaKizaKi rats [J ]1
B iochem B iop hy s R es Comm un, 2000, 274 (3) : 58325891
[ 11 ]　A hm ad F, Go ldstein B J1 A lerations in specific p ro tein2
tyro sine pho sphatases accompany insu lin resistance of
strep tozo tozcin diabetes [J ]1 A m J P hy siol, 1995, 268:
E9322E9401
[ 12 ]　A hm ad F, A zevedo J L , Co rtrigh t R , et a l1 A lterations in
skeletal m uscle p ro tein2tyro sine pho sphatase activity and
exp ression in insu lin2resistan t H um an O besity and diabetes
[J ]1 J C lin Inves, 1997, 100 (2) : 44924581
[ 13 ]　 Iversen L F, A ndersen H S, M o ller K B, et a l1 Steric
h indrance as a basis fo r stru tu re2based design of selective
inh ib ito rs of p ro tein tyro sine pho sphatases [J ]1 B iochem istry ,
2001, 40 (49) : 148122148201
[ 14 ]　M alam as M S, Sredy J , M oxham C, et a l1 N ovel benzofu ran
and benzo th iophene b iphenyls as inh ib ito rs of p ro tein tryo sine
pho sepheatase 1B w ith an tihyperglycem ic p roperties [J ]1 J
M ed Chem , 2002, 43: 1293213101
[ 15 ]　X in Z, Oo st T K, A bad2Zapatero C, et a l1 Po ten t, selective
inh ib ito rs of p ro tein tyro sine pho sphatase 1B [J ]1 B ioorg
M ed Chem L ett, 2003, 13 (11) : 1887218901
[ 16 ]　L i T Q 1 Study on Ch inese m edicines therapy fo r diabetes and
its sydrom e [J ]1 F oreig n M ed S ci—T rad it Ch in M ed (国外
医学·中医中药分册) , 1997, 19 (6) : 3271
[ 17 ]　L u S F1 A ntihyperglycem ic activity of paeon iflo rin [J ]1 Ch in
T rad it H erb D rug s (中草药) , 1998, 29 (3) : 2121
[ 18 ]　Sun S Z1 37 Cases of treatm en t by J iangtang San to N IDDM
[J ]1 R es Inf T rad it Ch in M ed (中医药研究与信息) , 1998,
2: 211
[ 19 ]　L u J S1 C lin ical observations on 60 cases of type 2 diabetes
w ith X IAO KEY IN [J ]1 N ew J T rad it Ch in M ed (新中医) ,
1998, 30 (8) : 202211
[ 20 ]　D i J1 60 Cases of treatm en t by E rdijiangtang D ecoction to
N IDDM [J ]1 J P ract T rad it Ch in M ed (实用中医药杂志) ,
1998, 14 (6) : 51
·041· 中草药　Ch inese T radit ional and H erbal D rugs　第 36 卷第 1 期 2005 年 1 月