點(diǎn)擊化學(xué)在化學(xué)生物學(xué)中的應(yīng)用

2017年8月12日 | Filed under: 制藥工業(yè),制藥企業(yè),藥物化學(xué),新藥研發(fā),制藥常識(shí),文獻(xiàn)綜合 | Posted by: 路人丙

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【新聞事件】：今天Derek Lowe的博客提到點(diǎn)擊化學(xué)在化學(xué)生物學(xué)的應(yīng)用，并用七月份發(fā)表在《科學(xué)》雜志上的一篇文章為例說明這個(gè)技術(shù)現(xiàn)在的威力。這篇文章把兩個(gè)已知的BRD4抑制劑接上點(diǎn)擊片段后跟蹤藥物在體內(nèi)、體外試驗(yàn)與BRD4的結(jié)合，解釋了為什么這些藥物只影響部分BRD4調(diào)控基因的表達(dá)、在AML腫瘤模型中骨髓腫瘤細(xì)胞比脾臟、外周腫瘤細(xì)胞更難被清除等實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。這些細(xì)節(jié)對(duì)理解新藥的機(jī)理非常重要、但用以前的技術(shù)很難得到這些信息。

【藥源解析】：點(diǎn)擊化學(xué)是2001年炸藥獎(jiǎng)獲得者Barry Sharpless提出的一個(gè)概念。90年代以前合成化學(xué)追求目標(biāo)化合物（多數(shù)是天然產(chǎn)物）的合成難度，但是效率通常很低。Sharpless認(rèn)為與其投入大量人力物力合成0.1毫克復(fù)雜天然產(chǎn)物，不如把資源用在開發(fā)高效合成方法上面。他說化學(xué)家不應(yīng)該合成碳碳鍵，這種高難的技術(shù)活應(yīng)該由生物體系去做。化學(xué)家應(yīng)該專注建造碳雜原子鍵。還不是所有碳雜原子鍵，而是那種釋放高自由能的化學(xué)鍵合成，即點(diǎn)擊化學(xué)（Click chemistry）。

Click翻譯成點(diǎn)擊不完全準(zhǔn)確，這個(gè)詞英文也有一見鐘情、相見恨晚的意思。點(diǎn)擊化學(xué)的兩個(gè)反應(yīng)物是為彼此而生，見面如烈火遇干柴，不需任何幫助在室溫、水溶液里就高效率反應(yīng)。他當(dāng)時(shí)舉的例子是疊氮與炔生成三氮唑這個(gè)老反應(yīng)。到現(xiàn)在這也還是應(yīng)用最多的點(diǎn)擊化學(xué)反應(yīng)，有時(shí)化學(xué)家的創(chuàng)造力也確實(shí)令人捉急。《科學(xué)》這篇文章還用了一個(gè)四氮嗪與反式環(huán)烯的Diels-Alder成環(huán)反應(yīng)，這個(gè)反應(yīng)用的也比較多，雖然生成的是碳碳鍵。

點(diǎn)擊化學(xué)在有機(jī)合成中應(yīng)用主要是化合物庫的建造，影響十分有限。這個(gè)思想也未能改變合成化學(xué)追求高難天然產(chǎn)物的行業(yè)文化。但這個(gè)技術(shù)對(duì)化學(xué)生物學(xué)的發(fā)展的確起了重要作用。以前研究小分子藥物的蛋白靶點(diǎn)一般把藥物分子接上生物素、利用與抗生物素蛋白的強(qiáng)結(jié)合力找到靶點(diǎn)蛋白。但是一是這種結(jié)合不是共價(jià)結(jié)合、穩(wěn)定性還是略差，二是因?yàn)樯锼丶由湘溄咏?jīng)常改變藥物活性、更重要的是降低過膜性，無法用于整體未打碎細(xì)胞的研究。另一個(gè)依靠共價(jià)形成的ABPP技術(shù)我們也講過幾次。

點(diǎn)擊化學(xué)只要在藥物分子上接上分子量很小的炔基加上一個(gè)鏈接片段，不怎么影響藥物性質(zhì)。這兩個(gè)BRD4配體接上側(cè)鏈后生物活性、對(duì)基因表達(dá)影響與原藥幾乎一樣。疊氮底物可以接上熒光物質(zhì)，在細(xì)胞內(nèi)與已經(jīng)打入靶點(diǎn)內(nèi)部的炔基標(biāo)記藥物反應(yīng)后可以很容易跟蹤藥物在組織、細(xì)胞內(nèi)的分布。炔基標(biāo)記藥物還可以再用環(huán)重氮丙烷雙重標(biāo)記，這個(gè)基團(tuán)光照后能與結(jié)合蛋白反應(yīng)生成共價(jià)結(jié)合物。這個(gè)雙重間諜進(jìn)入細(xì)胞與靶點(diǎn)結(jié)合，光照后與蛋白形成共價(jià)鍵。然后用點(diǎn)擊化學(xué)把這些蛋白/藥物反應(yīng)產(chǎn)物撈出，該藥物分子在細(xì)胞內(nèi)干過什么事可以說是人贓俱在。

有人問如果藥物能治病你管它在細(xì)胞內(nèi)與誰接觸呢？藥物上市后當(dāng)然這個(gè)問題不重要了，但在漫長的研發(fā)過程中知道療效和副作用來自與哪些蛋白的相互作用對(duì)于成功率是非常重要的。如果藥物的療效來自非目標(biāo)蛋白（脫靶活性），那么開發(fā)路徑中需要修路搭橋的路段要多出很多，不確定性大大增加。當(dāng)然也有Zetia這樣的成功特例。反過來如果毒性來自目標(biāo)蛋白，那么你繼續(xù)優(yōu)化也前景黯淡。

新藥研發(fā)是個(gè)龐大的系統(tǒng)工程。每天我們報(bào)道臨床試驗(yàn)成功與失敗、新藥批準(zhǔn)還是拒絕這些最終結(jié)果，但藥物要到這一步需要無數(shù)人的辛苦工作。化學(xué)生物學(xué)只是冰山的一角，希望大家可以管中窺豹、從中看出尋找挽救病人生命新藥幕后的艱苦。