新型 5 - 芳基吡唑 - 葡萄糖杂合物：治疗 2 型糖尿病的潜力新星

《Scientific Reports》：Design, synthesis, and investigation of novel 5-arylpyrazole-glucose hybrids as α-glucosidase inhibitors

为应对糖尿病难题，研究人员合成新型 5 - 芳基吡唑 - 葡萄糖杂合物，其对 α- 葡萄糖苷酶抑制效果显著，有望用于 2 型糖尿病治疗。

　　糖尿病，这个全球健康的 “大麻烦”，正以惊人的速度蔓延。2021 年，全球已有 5.366 亿糖尿病患者，预计到 2045 年，这一数字将飙升至 7.832 亿。糖尿病不仅让患者身体饱受折磨，还会引发视网膜病变、肾病、神经病变和心血管疾病等一系列严重并发症。在糖尿病的治疗手段中，α- 葡萄糖苷酶抑制剂（α-Glucosidase inhibitors）是控制餐后血糖的重要 “武器”。它通过抑制 α- 葡萄糖苷酶（α-Glucosidase，一种位于小肠刷状缘，能将多糖和二糖分解为可吸收葡萄糖的酶）的活性，减缓碳水化合物的水解和葡萄糖的吸收，从而有效调节餐后血糖水平。然而，目前市面上的 α- 葡萄糖苷酶抑制剂如阿卡波糖（acarbose）等，存在胃肠道副作用等问题，这促使科研人员不断寻找更有效、副作用更小的替代药物。

在此背景下，来自德黑兰医科大学（Tehran University of Medical Sciences）等机构的研究人员展开了一项意义重大的研究。他们致力于设计、合成新型 5 - 芳基吡唑 - 葡萄糖杂合物，并探究其作为 α- 葡萄糖苷酶抑制剂的潜力。最终研究成果发表在《Scientific Reports》上。

在这项研究中，研究人员运用了多种关键技术方法。在化合物合成方面，通过多步反应制备目标化合物，每一步反应都有严格的操作流程和条件控制，以确保化合物的纯度和结构准确性。结构鉴定上，利用红外光谱（IR）、核磁共振光谱（NMR）等技术对合成的化合物进行结构表征，精确确定化合物的结构。生物活性研究中，采用体外 α- 葡萄糖苷酶抑制实验，以阿卡波糖为对照，测定化合物对 α- 葡萄糖苷酶的抑制活性；通过动力学研究、荧光光谱测量、热力学分析、体内降血糖活性测定等实验，深入探究化合物的作用机制和效果；借助分子对接和分子动力学模拟技术，从分子层面揭示化合物与 α- 葡萄糖苷酶的相互作用方式和结合稳定性。

研究结果如下：

• 化学合成与结构表征：成功合成了 13 种新型 5 - 芳基吡唑 - 葡萄糖杂合物（8a - m）。IR 光谱中 1680 cm?1处的信号证实了羰基的存在，NMR 光谱显示出化合物的不同异构体，通过分析 1H NMR 光谱中 CH 质子的信号，确定了主要产物的结构，13C NMR 光谱的信号数量和化学位移也与预期相符，这些都表明成功合成了目标化合物。
• 生物活性研究：
  • 酶抑制活性：所有合成的杂合物对 α- 葡萄糖苷酶均表现出抑制活性，IC50?值在 0.5 - 438.6 μM 之间，而阿卡波糖的IC50?值为 750.0 μM。其中，未取代芳基环的化合物 8a、含氯或甲氧基的化合物（如 8c、8e、8g 等）表现出较好的抑制效果，说明芳基环上的取代基对抑制活性有重要影响。
  • 动力学研究：以化合物 8g 为例进行动力学分析，Lineweaver - Burk 图显示随着抑制剂浓度增加，Km?增大而Vmax?不变，表明 8g 是 α- 葡萄糖苷酶的竞争性抑制剂，其抑制常数Ki?为 0.46 μM。
  • 荧光光谱测量：化合物 8g 与 α- 葡萄糖苷酶相互作用后，荧光强度增加，虽发射波长未明显变化，但这表明蛋白质环境改变，导致结构展开，色氨酸残基暴露。
  • 热力学分析：热力学参数表明，化合物 8g 与 α- 葡萄糖苷酶结合时，增强了疏水相互作用，使蛋白质趋于展开状态，且较高浓度的 8g 会导致蛋白质更不稳定。
  • 体内降血糖活性：对化合物 8g 进行体内研究，结果显示在大鼠实验中，5 mg/kg 和 10 mg/kg 剂量的 8g 能显著降低血糖水平，效果与 5 mg/kg 的阿卡波糖相当，而 2.5 mg/kg 剂量的效果不明显。
  • 分子对接与分子动力学模拟：分子对接研究发现，化合物 8g 与 α- 葡萄糖苷酶活性位点的关键氨基酸（如 Phe157、Arg212、Glu276 和 Asp349 等）存在多种相互作用，如 π- 烷基、氢键、π-π T 形、π- 阳离子等相互作用，有效抑制了 α- 葡萄糖苷酶。100 ns 的分子动力学模拟表明，8g - α- 葡萄糖苷酶复合物在模拟过程中保持稳定，模拟期间配体的糖部分、吡唑部分和芳基环有特定的运动变化，且存在多种氢键和其他相互作用维持复合物稳定。
  
  

综上所述，研究人员成功设计并合成了 13 种新型 5 - 芳基吡唑 - 葡萄糖杂合物，这些化合物对 α- 葡萄糖苷酶表现出显著的抑制活性。构效关系分析表明，芳基环上的取代基对抑制效果有重要影响，缺乏取代基或存在氯、甲氧基等可提高其有效性。动力学和分子对接研究证实这些化合物作为竞争性抑制剂发挥作用，其中化合物 8g 抑制效果最佳，能有效降低大鼠血糖水平。这项研究为开发治疗 2 型糖尿病的新型药物提供了有价值的参考，有望推动糖尿病治疗领域的进一步发展。未来，继续深入研究这些杂合物，可能会发现更具潜力的化合物，为糖尿病患者带来新的希望。