Hantzsch型1,4-二氢吡啶并吡唑骨架作为骨骼肌GLUT4转运促进剂的设计、合成及抗糖尿病效果评估

《Bioorganic Chemistry》：Design, synthesis, and antidiabetic evaluation of Hantzsch's 1,4-dihydropyridine-pyrazole scaffolds as stimulator of skeletal-muscle GLUT4 translocation

【字体：大中小】 时间：2026年06月18日 来源：Bioorganic Chemistry 4.7

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印度勒克瑙226031，西塔普尔路，詹基普拉姆延伸区，CSIR-中央药物研究所，药物与工艺化学部门

摘要

在寻找新型降糖药的进程中，通过高效的绿色多组分汉茨施反应合成了23种1,4-二氢吡啶-吡唑衍生物。这些化合物在L6-GLUT4myc肌管中经过体外筛选，检测其促进GLUT4转运的能力，随后在链脲佐菌素诱导的糖尿病大鼠模型中体内评估其降血糖效果。其中几种化合物，尤其是6c、6?h、6j、6?l和6?m，显著提升了L6-GLUT4myc肌管中GLUT4向细胞表面的转运，表明其具有更好的葡萄糖摄取潜力。其中，化合物6c表现出最强的活性，能使糖尿病大鼠的血糖水平显著下降（23.9%，p?6c是进一步开展结构-活性关系研究、开发新型降糖药的优质候选物。

引言

糖尿病是一种慢性疾病，由于胰岛素分泌不足、胰岛素作用受损（胰岛素抵抗）或两者兼有而导致持续高血糖[1]。2型糖尿病占所有病例的90%以上，会引发较高的发病率和残疾率。全球目前约有5.37亿成年人患有糖尿病，预计到2030年这一数字将上升至6.43亿，2045年则达到7.83亿[2]。尽管已有针对不同机制的多种降糖药，但它们的疗效往往受到基于机制的不良反应、反应性降低以及需长期调整治疗方案的限制[3]。因此，亟需更新的、更有效的治疗策略。

糖尿病的特征是主要胰岛素敏感组织（如骨骼肌、肝脏和脂肪组织）的葡萄糖利用功能受损，从而导致葡萄糖稳态失衡。其中，骨骼肌是餐后葡萄糖利用和代谢的主要场所，约占血液中葡萄糖摄取量的70–90%[4]。这一过程主要依赖于葡萄糖转运蛋白4（GLUT4），它从细胞内部转移到细胞膜上对于葡萄糖的摄取至关重要[5]。骨骼肌中GLUT4转运功能受损是胰岛素抵抗的典型表现，也会显著加剧2型糖尿病的发病机制。临床研究表明，2型糖尿病患者的骨骼肌中GLUT4转运和葡萄糖摄取功能存在障碍[4]，而在小鼠中过表达GLUT4则能在空腹和餐后状态下降低血糖水平[5]、[6]。此外，运动能够增强2型糖尿病患者的GLUT4转运和葡萄糖摄取能力[7]、[8]，这进一步凸显了其治疗意义[9]、[10]、[11]、[12]。胰岛素可激活PI3K-AKT信号通路[13]，从而促进GLUT4向细胞表面转移[14]。相反，骨骼肌收缩可通过一种不依赖胰岛素的机制来促进GLUT4转移，该机制涉及细胞需求增加时AMPK的活化。研究表明，抑制PI-3-K并不会阻断收缩引起的GLUT4转移，结合胰岛素和肌肉收缩的协同作用，说明存在不同的调控途径[15]。这些发现表明，促进骨骼肌中GLUT4的转移可能是调节葡萄糖稳态的一种有效治疗策略。

在药物发现过程的先导优化阶段，引入具有特殊结构的分子是一种可行的方法。汉茨施二氢吡啶类化合物是一类重要的生物活性物质，由于其核心结构经修饰后可产生不同的效力和选择性，因而被视为理想的优先结构[16]。

1,4-二氢吡啶（1,4-DHP）是一类含有吡啶核的相对较小的分子，具有多种多样的药理活性[17]、[18]、[19]、[20]。例如，cerebrocrast对STZ诱导的糖尿病大鼠的胰腺β细胞具有保护作用，可能通过增强葡萄糖转运蛋白的表达和葡萄糖摄取（化合物A）等胰外机制发挥作用[21]。Sidhom等人报告称，1,4-二氢吡啶衍生物（B）是一种强效的降糖药，在体内血糖检测中的效力比格列美脲高出218%[22]。

此外，吖啶二酮衍生物（C）能够激活并上调GPR40蛋白的表达，进而通过提高肝脏和肌肉组织对葡萄糖的消耗以及通过GPR40-PPAR-PI3K/Akt-GLUT4信号通路刺激胰岛素分泌，提升胰岛素敏感性[23]。Niaz及其同事发现了一种具有强效抑制酵母α-葡萄糖苷酶活性的降糖化合物D，其IC₅₀值为35?±?0.17?μM，而常用药物阿卡波糖的IC₅₀值为937?±?1.60?μM[24]。同样，吡唑衍生物也因具有镇痛、降糖、抗惊厥、抗菌、抗炎、抗病毒和抗癌等多种潜在生物活性而成为众多研究的对象[25]、[26]。

Bebernitz等人发现吡唑-N,N-二甲基乙酰胺衍生物（E）是一种新型降糖药[27]。类似地，Faryal及其同事报道称吡唑衍生物（F）也是一种具有较强α-葡萄糖苷酶抑制活性且降糖效果良好的化合物[28]。

Eduardo等人开发了含有吡唑结构的利莫那班类似物，并测试了它们的降糖特性（化合物G）[29]。Bhosle及其同事利用装载蔗糖的大鼠模型研究了新合成的化合物H的降血糖功效[30]。图中展示了几种具有潜力的药物先导的化学结构，这些分子的分子框架中均包含了1,4-二氢吡啶和吡唑结构单元。鉴于1,4-二氢吡啶和吡唑衍生物具有重要的生物学意义，我们决定将这两种活性药效团结合在一起，作为研究新型降糖药物的一部分[31]、[32]。在本研究中，我们设计并合成了1,4-二氢吡啶-吡唑衍生物，并在克隆骨骼肌细胞中检测了它们促进GLUT4转运的能力。随后，还在STZ诱导的糖尿病大鼠中对这些活性分子进行了降糖潜力评估。

章节节选

化学合成

二氢吡啶-吡唑杂化物是根据图1所示的通用步骤制备的。第一步中，5-氨基吡唑（1）与2,2,6-三甲基-4H-1,3-二氧环己酮-4-酮（2）在甲苯中于120?°C下反应，以极高的产率得到了相应的产物吡唑-氧代丁酰胺（3）[33]、[34]。得到的吡唑-氧代丁酰胺3随后与各种取代的1,3-环己二酮（4）、芳香醛（5）以及醋酸铵一起进行汉茨施二氢吡啶合成

结构-活性关系

根据GLUT4转运促进作用的体外筛选结果，初步分析了1,4-二氢吡啶-吡唑衍生物系列的结构-活性关系。在所合成的化合物中，三种化合物6c、6j和6?m在L6-GLUT4myc肌管中显示出较强的体外GLUT4转运促进作用。比较1,4-二氢吡啶环R³位置的取代模式后，发现双甲基结构

结论

总之，通过高效的汉茨施多组分反应策略结合分子杂化技术，成功合成了一系列新的1,4-二氢吡啶-吡唑杂化化合物。通过体外生物筛选，发现化合物6c、6?h、6j、6?l和6?m能够显著提升细胞表面的GLUT4myc水平。其中，化合物6c的活性最强，在10?μM浓度下可使肌管中的表面GLUT4myc水平提高1.64倍。在

基本信息

所有试剂均为市售产品，直接使用无需进一步纯化。色谱分离采用硅胶（60–120目和100–200目）进行。所有反应均通过TLC（带有荧光F₂₅₄功能的硅胶板）监测。熔点未作校正。¹H和¹³C NMR谱分别在400、500?MHz和100、125?MHz频率下采集，溶剂为DMSO-d₆和CDCl₃，内标为TMS。所有化学位移值以ppm为单位表示，其多重性则如下标注：

细胞培养

本研究使用了L6大鼠骨骼肌细胞，这类细胞能持续表达在初始外翻环中包含myc表位的GLUT4蛋白（即L6-GLUT4myc）。这些细胞由加拿大多伦多病童医院的细胞生物学项目负责人Amira Klip博士提供。细胞在含有10% FBS和1%抗生素/抗真菌溶液的DMEM培养基中培养，培养环境为湿度适宜的空气环境，二氧化碳浓度为5%，温度为37?°C。这些细胞被允许继续生长

U-HPLC分析条件

化合物6c的分析是在美国加利福尼亚州圣克拉拉市的Agilent Infinity II超高效液相色谱仪（UHPLC）上进行的，该仪器配备了二极管阵列检测器（DAD）。分离采用Waters Symmetry C18色谱柱（4.6?mm?×?150?mm，5?μm），流动相为等度相，由Milli-Q水（5%，v/v）和甲醇（95%，v/v）组成，两种溶剂均预先加入了0.1% v/v的甲酸。实验参数包括流速、进样量以及分析时间等

CRediT作者贡献说明

Sarita Katiyar：撰写——初稿、方法学、正式分析、数据整理。Shadab Ahmad：方法学、实验研究、正式分析、数据整理。Hemlata Bhatt：验证、方法学、正式分析、数据整理。Amol Chhatrapati Bisen：实验研究、正式分析。Arvind Kumar Jaiswal：方法学、数据整理。Ishbal Ahmad：正式分析、数据整理。Ajay Kishor Kushawaha：验证、概念构思。Nikita Chhikara：正式分析、数据整理。Rahul

利益冲突声明

作者声明不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益或个人关系。

致谢

我们要感谢加济阿巴德的AcSIR以及勒克瑙的CSIR-CDRI主任，他们为本研究提供了必要的资金和基础设施支持。同时，也要感谢印度勒克瑙的CDRI复杂分析仪器设施部，该部门为我们提供了化合物的谱图分析数据及相关的分析服务。作者S.K.、S.A.、N.C.和P.K.感谢新德里的CSIR；而作者A.K.J.、A.K.K.、H.B.和R.B.则感谢新德里的U.G.C.

摘要

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