近日，中國科學(xué)院上海藥物研究所研究員南發(fā)俊和謝欣等通過研究發(fā)現(xiàn)，鼠源TGR5中的第88位組氨酸（人源TGR5中的第89位酪氨酸）是造成人鼠受體活性差異的關(guān)鍵，進而利用CRISPR-Cas9構(gòu)建了TGR5H88Y人源化小鼠模型；同時經(jīng)過系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化所得的白樺脂酸類衍生物11d-Na在新的模型中表現(xiàn)出優(yōu)異的體內(nèi)藥效。相關(guān)成果發(fā)表于J. Med. Chem.。
膽汁酸受體TGR5在血糖穩(wěn)態(tài)、能量消耗和肝臟保護等方面起重要作用，是一個極具潛力的治療代謝綜合征及炎癥性疾病的藥物靶點。然而，多種已報道的TGR5激動劑在人和小鼠體內(nèi)存在較大的活性差異，利用現(xiàn)有的嚙齒類動物模型開展化合物藥效學(xué)和毒理學(xué)研究會產(chǎn)生偏差。
為了解決這一問題，研究人員從TGR5種屬差異入手，通過比對不同種屬的TGR5序列，重點關(guān)注了在人源和犬源受體上氨基酸相同，但在鼠源受體上不同的位點，發(fā)現(xiàn)鼠源受體中的第88位的組氨酸是一個影響其活性的關(guān)鍵位點。
接下來，研究人員將該位置上的組氨酸突變?yōu)槿嗽?犬源受體中的酪氨酸之后，多類化合物尤其是白樺脂酸類衍生物在mTGR5H88Y突變體上的活性顯著提升，與hTGR5上的活性差異大大減小。隨后研究人員利用CRISPR/Cas9技術(shù)在小鼠中引入了這一突變，構(gòu)建了TGR5H88Y人源化小鼠，這為后續(xù)藥效學(xué)研究提供了便利。
與此同時，研究人員以白樺脂酸類TGR5激動劑XYT528B為起點，通過對C3位、C17和C20位的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，得到的活性最好的化合物11d，其在hTGR5上活性較INT777提高近20倍。此外，考慮到三萜類化合物固有的理化性質(zhì)缺陷，研究人員采取成鹽的方式得到溶解度和滲透性大幅提升的化合物11d-Na。在TGR5H88Y人源化小鼠模型上進行的藥效學(xué)實驗中，11d-Na表現(xiàn)出良好的改善糖耐量的活性，也顯著提升了給予葡萄糖后突變鼠體內(nèi)的胰島素和GLP-1的分泌水平（在野生型小鼠模型中難以觀察到11d-Na的降糖活性）。
該研究闡明了小鼠TGR5中第88位組氨酸（人源TGR5中第89位酪氨酸）是造成TGR5活性種屬差異的關(guān)鍵位點，通過CRISPR/Cas9將mTGR5相應(yīng)的第88位組氨酸替換為酪氨酸，成功構(gòu)建了TGR5H88Y人源化小鼠。通過此人源化模型，研究者成功發(fā)現(xiàn)了體內(nèi)體外活性及理化性質(zhì)顯著提升的白樺脂酸衍生物11d-Na，為進一步獲得高質(zhì)量高成藥性TGR5激動劑奠定了基礎(chǔ)。
上海藥物所博士生贠盈、博士后張晨露以及南京中醫(yī)藥大學(xué)與上海藥物所聯(lián)合培養(yǎng)博士生郭世猛為該論文共同第一作者。該工作獲得包括國家自然科學(xué)基金委、上海市科委、中科院先導(dǎo)專項以及山東省自然科學(xué)基金的支持。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1021/acs.jmedchem.1c00851
