以高血糖为主要特征的糖尿病已逐渐发展成为全球公共健康问题,持续高血糖会引发一系列严重的并发症,如心血管疾病、糖尿病肾病以及视网膜病变等,严重影响人类健康生活。糖尿病患者需长期服用降糖药物来控制血糖、避免或延缓并发症的发生发展。2,4-二硝基苯酚(DNP),作为经典的线粒体解偶联剂,因其解偶联线粒体电子传递和ATP生成过程,于20世纪30年代被用于肥胖治疗。不幸的是在临床使用过程中,出现高热、高血钾、高乳酸血症甚至死亡等副作用,被迫退出市场。毒性机制研究发现DNP产生副作用主要体现在强解偶联活性导致脂肪酸过度动员进行氧化、引发热量产生过多导致体温过高、无氧糖酵解能力被提高用于弥补ATP不足引发乳酸释放。因此,我们提出科学假设:通过调节线粒体解偶联活性促进的无氧糖酵解转变成葡萄糖氧化,从而降低脂肪酸氧化水平,以此达到线粒体解偶联剂安全有效改善高血糖的目的。基于这一假设,我们对多个机制的细胞代谢调节剂与DNP的组合进行评估,发现了丙酮酸脱氢酶激活剂-二氯乙酸(DCA)。首先,在肌管细胞、肝细胞以及脂肪细胞上联用DCA和DNP,DCA可以在不影响DNP解偶联活性的条件下,显著抑制无氧糖酵解;体现在对糖脂代谢的影响上,DCA抑制DNP促进的脂肪酸氧化和乳酸释放作用,并显著增强DNP在肌管细胞上葡萄糖氧化能力。其次,联用DCA和DNP显著增强整体动物能量消耗,代谢笼数据提示倾向于利用葡萄糖。在链脲佐菌素(STZ)诱导的高血糖小鼠模型上,DCA可进一步增强DNP促进的葡萄糖清除能力;同时,DNP可以修复DCA慢性给药导致的胰岛素抵抗。在安全性方面,高剂量DNP引起的体温增加以及动物死亡等副作用,可被DCA预保护后显著减少。上述结果初步证明“双靶向线粒体解偶联和丙酮酸脱氢酶安全有效改善高血糖症”的策略。基于这一策略,我们建立了线粒体功能与PDH活性调节的组合筛选体系,发现同时具备线粒体解偶联活性和提高丙酮酸脱氢酶活性的小分子化合物6j。6j具备解偶联骨骼肌和肝细胞线粒体电子呼吸链的作用,在细胞水平上偏好葡萄糖氧化代谢;在动物水平上,6j长期给药显著降低糖尿病ob/ob小鼠的空腹血糖和提高葡萄糖耐受能力,并不会引发因线粒体解偶联活性的导致体温升高和乳酸释放等副作用。综上所述,通过针对联用DNP和DCA的降血糖有效性和安全性论证研究,发现同时具备线粒体解偶联活性和提高丙酮酸脱氢酶活性的小分子化合物,并证明其降糖有效性和安全性。本论文研究首次提出了“双靶向线粒体解偶联和丙酮酸脱氢酶安全有效改善高血糖”的研发策略,为治疗糖尿病创新药物的开发研究提供了药物靶标与研发思路。