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动态组合化学的研究进展

何 伟 1, 佘鹏伟 2, 方 正 1, 郭 凯 3*

(南京工业大学 1. 药学院, 2. 理学院, 3. 生物与制药工程学院, 江苏 南京 210009)

摘要: 作为组合化学中的新兴分支, 动态组合化学是一种集合成与筛选为一体的组合化学研究新方法。在动态组合化合物库中, 通过靶标分子的诱导结合驱动作用, 能够选择性地筛选到与靶标分子存在强相互作用的优势化合物, 因而动态组合化学在药物研发、材料化学等领域有着广泛的应用前景。本文在简单介绍动态组合化学原理和方法的基础上, 着重介绍了动态组合化学的三要素, 即靶点 (生物酶、凝集素、核酸、有机分子、无机分子等)、涉及的化学反应 (二硫化物化学、胺化还原反应、腙化学等) 以及分析方法, 并对现存限制因素和发展前景作了探讨。

关键词: 动态组合化学; 动态组合化学库; 靶标分子 中图分类号: R916 文献标识码: A 文章编号: 0513-4870 (2013) 06-0814-10

The research progress of dynamic combinatorial chemistry

HE Wei1, SHE Peng-wei2, FANG Zheng1, GUO Kai3*

(1. School of Pharmaceutical Sciences, 2. College of Sciences, 3. College of Biotechnology and Pharmaceutical Engineering, Nanjing University of Technology, Nanjing 210009, China )

Abstract: As a novel branch of combinational chemistry, dynamic combinatorial chemistry (DCC) can be

viewed as a technique which combines library synthesis and screening in one pot. By addition of molecular target, ligangds, which show binding affinity or strong interaction with the molecular target, can be amplified an young but rapidly growing branch of combinatorial chemistry, has been widely used in organic chemistry, biochemistry, material fields. Ligands in the library can be amplified, since synthesis of the library is screened by a molecular target. Therefore, these structures could be identified easily. Consequently DCC has been widely used in the lead discovery, material chemistry and other fields. On the basis of the principle and method of DCC, this review emphasizes the three factors of DCC, including molecular targets (bio-enzyme, lectin, nucleic acid, organic molecule, inorganic molecule); reaction (disulphide chemistry, ammoniation reduction reaction, hydrazone chemistry, etc.) and analytical method. Meanwhile, limitation, current situation and future development of DCC were also discussed in this paper.

Key words: dynamic combinatorial chemistry; dynamic combinatorial library; molecular target

传统的活性化合物筛选需逐个合成某一类化合

物, 然后进行纯化、结构鉴定、活性测定, 因而工作量巨大、周期长、成本高。动态组合化学 (dynamic

收稿日期: 2012-11-10; 修回日期: 2012-12-12. 基金项目: 国家重点基础研究发展计划 (973 计划 ) 资助项目

(2012CB725204); 高等学校博士学科点专项科研基金资助项目 (20113221120008).

*通讯作者 Tel / Fax: 86-25-58139926, E-mail: kaiguo@njut.edu.cn

combinatorial chemistry, DCC) 有机融合了化合物合成和活性筛选两个步骤, 在热力学控制下构建动态组合物库 (dynamic combinatorial library, DCL), 同时在外加靶点的诱导驱动作用下, 使化学平衡向生成与靶点结合能力强的化合物 (即配体) 的方向移动, 使之不断富集, 而结合能力弱的化合物则不断减少甚至消失, 进而通过分析检测获得配体结构信息。因此动态组合化学是一种很有效的寻找底物、抑制剂、

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新受体、催化剂和载体的方法[1−5]。DCC概念最初是在 1996 年由 Brady 等[1]最早提出的, 经过十多年的 发展, 现在已广泛应用于抗艾滋病药物[6, 7]、心脏病

药物[8]、抗生素[9]等药物研发领域, 以及材料化学[10]、

配位化学[11]、分子自组装[4, 12]、环境化学[13]等其他诸

多领域。 1 DCC的原理和方法

根据勒夏特列平衡移动原理 (Le Châtelier’s Principle): 系统平衡时, 若某一条件改变, 则平衡向消弱该变化的方向移动。在 DCC 中, 当有配体不断地与靶点结合, 平衡将不断地向生成配体化合物的方向移动, 使之不断地被富集放大。由此可见, 靶点是整个 DCC 体系的控制器, 能从庞大的化合物库中识别并结合有活性的化合物, 从而控制整个可逆反应的方向, 对有活性化合物进行放大。靶点一般分为两类, 可以用 Emil Fischer的“锁−钥”(lock-key) 模型[14]来描述。第一类为“锁”寻找“钥匙”(图 1a), 通过 DCL 合成出许多“钥匙”, 为“锁”——靶点去寻找最合适的“钥匙”。该类型靶点主要为生物分

子。第二类为“钥匙”寻找“锁”(图 1b), DCL合成形成许多形状、大小不一的“锁”, 靶点变成“钥匙”, 去筛选合适的“锁”。该类型靶点主要为化学分子。除了靶点外, 动态组合化学还包括化学反应和检测方法两个要素。

图 1 “锁−钥匙”模型[14]

2 DCC的靶标分子 虽然靶标分子 (molecular target, MT) 本身不参

与反应, 但却可以控制 DCL 合成时的反应平衡。在大多数的 DCC 研究中, 特别是当生物分子被用作MT 时, 其目标就是希望发现对 MT 有活性的结构。通常, DCC 的 MT 主要有生物分子和化学分子两大 类, 而化学分子又包括有机分子和无机分子两类。 2.1 生物分子

生物分子是目前研究最多最重要的靶标分子, 其最终目标是寻找出对生物分子有活性的结构, 从而对新药研发中的先导化合物进行优化。在众多的生物

分子中, 蛋白质和核酸是最有效、最有挑战性的靶标分子, 常用的蛋白质主要有生物酶、凝集素及其他蛋白质, 同时核酸中的DNA和RNA也可以用作靶标分子。下面就生物酶、凝集素和核酸在药物先导化合物

发现中的应用进行简要的说明。 2.1.1 生物酶 乙酰胆碱酯酶 (acetycholinesterase, AChE) 是一种主要分布于神经肌交叉点及中枢神经的突触中的蛋白质, 它可以催化乙酰胆碱降解为胆碱和一个乙酰基。因此, 它是许多治疗老年痴呆症药物的 MT, 同时也是许多神经毒气体的 MT, 如有机磷酸盐、杀虫剂等。Larsson 等[15]利用硫代硫酸酯和

硫醇的置换反应设计合成出 DCL, 以 AChE 为 MT, 寻找其抑制剂, 结果发现化合物 2的季胺结构可以被MT 识别, 并且 1a～1e与 2之间的反应比 DCL中其他的反应要快很多 (合成路线 1)。

溶菌酶 (lysozyme) 通过催化水解 N-乙酰基胞壁酸和 N-乙酰基-D-氨基葡萄糖之间的 β-1, 4糖苷键, 从而破坏细菌的细胞壁。其广泛分布于多种分泌物 中, 如眼泪、唾液、母乳和黏液等。Zameo等[16]利用

氨化还原反应制备 DCL, 以溶菌酶为 MT, 寻找其新的抑制剂。运用 FBDD (fragment-base drug discovery) 原理, 设计出一个 2×6 的 DCL。最终运用 HPLC 筛选出对 MT具有抑制活性的化合物 5和 6。

作为最早成功应用于 DCC 的靶标分子, 碳酸酐酶 (carbonic anhydrase, CA) 可以催化二氧化碳和水的反应, 借此以维持血液和其他组织中的酸碱平衡。

合成路线 1 硫代硫酸酯与硫醇的置换反应

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CA抑制剂已被用作治疗青光眼、癫痫病、高山病、胃及十二指肠溃疡、神经障碍、骨质疏松、癌症、肥

胖等病症。Nasr等[17]直接用人碳酸酐酶 (hCA II) 做靶标分子, 有针对性地寻找适合人体的 hCA II 抑制剂 (图 2)。他们用 4个醛 (7～10) 和 5个胺 (A～E) 设计合成一个 4×5 的 DCL, 通过 HPLC 分析得到对hCA II有较强亲和能力的化合物 (7C、7D、7E、8D、10E)。同时单独合成 DCL中可能存在的 20个化合物, 进一步进行抑制常数 Ki测定, 结果发现 7C、7D、8D的抑制能力比 7E、10E强, 适合做进一步药学研究。

β-内酰胺酶 (β-lactamase, BL) 通过催化水解内酰胺环使内酰胺类分子失去抗菌作用, 从而使细菌对β-内酰胺类抗生素产生抗药性。Lienard 等[9]利用二 硫化物巯基间的反应, 以 β-内酰胺酶的弱配体 2, 3-二

巯基丙酸 ( ) 为原料, 构建 1×7的 DCL来筛选

β-内酰胺酶的强配体。最终利用质谱筛选出具有活性的 6个化合物。

糖基转移酶 (glycosyltransferase, GT) 可以催化单糖从核糖转移到糖基受体。人体血型也是由体内不

同的糖基转移酶所决定的。此外 GT还被用作合成复合糖。Valade等[18]在已知 UDP-galactose为糖基转移酶抑制剂的前提下, 运用DCC的方法筛选出与UDP- galactose类似的结构。他们利用氨化还原反应, 以糖

基转移酶为 MT, 设计了一个 1×4×1的 DCL。实验证

明, 二伯胺结构 ( ) 中两端的两个氨基不能同

时和双羟基发生反应, 只有一端的氨基能和双羟基发生氨化还原反应。最终, 他们利用 HPLC 对 DCL进行筛选, 发现只有 5个产物在DCL中被合成, 并且它们全部对 MT糖基转移酶有抑制活性。

谷胱甘肽转移酶 (glutathione S-transferase, GST) 能够催化谷胱甘肽与其他底物亲电核之间的反应。在

一些哺乳动物的组织中, 其细胞质内的蛋白质大约有 10% 是由 GST 组成的。Shi 等[19]运用温和的硫醇

对烯酮的 Michael 加成反应, 以蠕虫谷胱甘肽转移酶 (schistosoma japonica GST) 为 MT设计 DCL。通过HPLC 分析筛选, 最终发现加入 GST 后, 产物 12 的产量从 35% 提高到了 93%, 从而筛选出活性化合物。

神经氨酸酶 (neuraminidase) 广泛分布于流感病毒的表面或者哺乳动物的细胞内, 可以催化断开神经氨酸的糖环。由于神经氨酸酶在流感病毒的复制中

起了重要作用, 因而它可以作为流感类药物的靶点。

图 2 动态组合化学库的图式表述

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McDowell等[20]利用氨化还原反应, 在已知 3, 5-二氨基-4-乙酰氨基-1-甲基环己烯是神经氨酸酶的一个较弱的抑制剂的前提下, 设计了两个 20×1 的 DCL, 最终运用液质联用的方法筛选得到了 8 种活性物质(合成路线 2)。

合成路线 2 氨化还原反应

酯酶 (lipase) 可以催化酯的水解反应, 在活性 生物体内, 酯酶在消化、转移和吸收食用脂质的过程中是不可或缺的。Vongvilai 等 [21]利用多组份反应, 以酯酶为 MT设计了 5×1的 DCL。在此 DCL中存在2 步反应, 第一步是可逆 Henry 反应, 第二步是可逆酯交换反应 (合成路线 3)。利用 1H NMR分析了空白DCL、反应一天且加了 MT的 DCL和反应 14天且加了 MT 的 DCL, 最终有两个多组份反应产物被筛选出来, 并且随着反应时间的延长, 这两个产物的产量

也在增加。 除此以外 , 还有很多其他的酶被广泛应用于

DCC的研究中, 如 CDK2酶、cyclophilin (Cyp) 等。 2.1.2 凝集素 凝集素是一类可以与糖连接的蛋白质, 对某些糖具有特异性识别的能力。它具有较多的功能, 如调节细胞的黏合、控制糖类蛋白的合成、控制血液中蛋白浓度、识别一些半乳糖的片断、调节免

疫系统等。 刀豆凝集素 A (concanavalin A, ConA) 是一种从

刀豆中提取出来的凝集素, 可以和糖、糖类蛋白、糖类脂肪中的结构进行特定的结合。刀豆凝集素 A 被普遍地认为是HIV病毒进入 T淋巴细胞的媒介物质。Pei等[22]以 ConA作为 MT, 选择了 14 个硫醇为构建单元, 利用硫醇二硫交换反应构建 DCL, 通过糖类化合物和凝集素之间的相互作用筛选 ConA 抑制剂, 结果发现了化合物 18和 23结合的化合物显示了活性 (合成路线 4)。

半乳糖凝集素-3 (galectin-3) 参与细胞黏合、细胞活化和趋化、细胞生长及变异、细胞循环以及细胞

凋亡的过程, 在癌症、炎症、纤维症、心脏病以及中风等疾病中都起到作用。Andre等[8]以半乳糖凝集素- 3 为 MT, 选择 6 个硫醇为构建单元, 同样利用二硫

合成路线 3 多组分反应

合成路线 4 硫醇二硫交换反应

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键交换反应构建 DCL, 通过糖类化合物和凝集素之间的相互作用, 筛选半乳糖凝集素-3 的抑制剂, 结果发现由化合物 33 和 35 形成的产物对 MT 具有较强 的活性。

麦芽凝集素 (wheat germ agglutinin, WGA) 是一种可以与 N-乙酰氨基葡萄糖特异性结合的凝集素。 Lins等[23]以麦芽凝集素为 MT, 选择 4个糖醇和 1个醛为构建单元, 利用缩醛反应构建DCL, 同样利用糖类和凝集素相互作用, 筛选对 WGA 有活性的物质(合成路线 5)。最终对 HPLC 结果进行分析发现, 当WGA加入DCL中, 化合物 42的产量被稍微提高, 而43几乎不能被生成。

蛋白质中除酶和凝集素外, 还有一些其他的蛋白质也可用作 DCC中的 MT, 如钙调节蛋白[24]、白蛋

白 (albumin)[25]等。 2.1.3 核酸 G-四重体 (G-quadruplex) 是一个由核酸片断组成的富含鸟嘌呤的四重独立结构。Ladame等[26]利用二硫化物化学构建了以 G-四重体为 MT 的DCL, 寻找对 MT有活性的化合物。通过 HPLC筛选后发现有两个化合物对 G-四重体及 G-二重体具有活性, 且所有活性化产物的 Kd都在 µmol·L−1水平。

CUG片段重复 RNA (CUG repeat RNA) 在肌强直营养不良 1型 (DM1) 疾病中起着重要作用。成年人中, DM1是最为常见的肌肉萎缩症, 其发生概率大约为 1 / 8 000。含有 CUG片段的毒性的 mRNA可产生于转录作用过程中, 而这些 mRNA 片段聚集于核灶和能与 RNA产生剪接作用的蛋白质中。若某一配体能够与含有 CUG 片段的 RNA 结合, 或者可以中 止含有 CUG 片段的 RNA 和与其产生剪接作用的蛋白质之间的作用, 则该配体可以被看作是能够治疗DM1的药物。

Gareiss等[7]利用二硫化物置换反应, 寻找对含有CUG重复片段的 RNA有活性的化合物。他们共选用了 150 个二硫化物, 同时加入不同粒径的树脂, 最终发现有 50个二硫化物与树脂结合, 此时 DCL中包含的化合物达到 11 325 个。最后利用荧光显微镜筛选 发现 4 个产物具有活性, 且所有活性产物的 Kd都在

微摩尔水平。 2.2 化学分子

有机分子和无机分子都可用作 DCC的靶标分子, 属于为“钥匙”寻找“锁”类型。各构建单元通过共

价结合形成不同形状、不同大小的“锁”, 有机分子 (靶标分子) 作为“钥匙”寻找匹配的“锁”, 主要应用于寻找合适的反应受体 (靶标分子) 或催化剂。所有有机分子及大多数无机分子作为 MT 都是以寻找大环分子的合成受体为目标, 大环分子对金属有很强的螯合作用, 可以用于识别肽或者小分子、消除重金属和有机发光二极管 (OLED) 等。 2.2.1 有机分子 Au-Yeung 等[27]以 9 个有机分子为靶标分子 (47～55), 二亚氨萘 (46) 为构建单元, 通过二硫成环反应建立不同聚体的 DCL, 从而筛选到二亚氨萘 (46) 二硫成环反应合适的受体 (合成路线 6)。经 HPLC分析得知: 47对三聚体有放大作用 (1.4倍), 48对四聚体有较大放大作用 (5.7倍), 49、53、54几乎没有放大作用, 50～52 对四聚体有较大放大作用 (分别为 4.4、2.1、2.1倍), 而且在所有的 DCL中, 二聚体的产率都降低。 2.2.2 无机分子 Saggiomo 等[28]用无机金属钙离子

做靶标分子, 通过二胺和二醛在两相溶剂 (水相和有机相) 中反应得到一个亚胺化合物 DCL, 经 1H NMR分析得到与靶标分子钙离子结合能力较强的目标化

合物。而且他们还发现, 不加靶标分子时, 大量的环状

合成路线 5 缩醛反应

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合成路线 6 二硫成环反应

或线性亚胺化合物都出现在有机相中; 加靶标分子后, 62%～65%的目标化合物出现在水相中, 说明目标化合物与靶标分子结合后具有亲水性, 且优先选择进入水相。此方法在污水重金属清除和细胞中药物

传递过程中具有重要应用价值。无机非金属分子也可

用做靶标分子, Leclaire 等[13]报道了用 CO2作靶标分

子, 多胺和多醛作为构建单元建立 DCL, 此方法可以应用于工业废气纯化。 3 DCC的化学反应

DCC 中的化学反应必须是可逆反应或者至少有可逆步骤涉及其中。一个理想状态下的可逆反应需包

括: 尽可能多的官能团参与反应过程; 反应条件温和以及识别过程不会干扰反应。DCC 的化学反应体系目前报道的有单相和两相, 前期研究都是单相体系, 最近几年才出现两相体系。Perez-Fenandez 等在 2008年[29]和 2009 年[30]分别报道了两相体系, 亲水性化合物能在水相中生成, 憎水性化合物能在有机相中生成, 避免了单相体系某些化合物有活性不能生成的问题。Cancilla等[31]也成功报道了两相体系的例子。

其化学类型主要有二硫化物化学、氨化还原反

应、腙化学、螯合作用、其他两组分反应以及多组分

反应等。 二硫化物化学 通常, 二硫化物中硫−硫键是通

过两个硫醇的加和而形成。这种连接也被称作硫桥。

二硫化物的反应 (合成路线 7) 主要包括: 二硫化物的合成反应[32]; 二硫化物的置换反应[25]; 栓系作用[31]

等反应。 超过 30%的 DCC研究案例中涉及到了二硫化物

化学, 其中包括以生物分子为靶点或以有机分子为靶点。二硫化物化学的优势在于反应条件温和, 一般情况下为室温水相反应, 接近生物环境的 pH, 无毒性催化剂。此外, 在二硫化物化学中, 非常容易引进多样性至库产物结构中。

氨化还原反应 氨化还原反应中 (合成路线 2) 涉及两个步骤: ① 通过醛基和氨基的可逆反应形成亚胺; ② 用 NaCNBH3将 C=N双键还原为 C-N单键以稳定亚氨结构。氨化还原反应主要以生物分子[33]、

无机分子为 MT[29]。Paul等[34]也报道过 9-氨基吖啶的氮置换反应, 利用 9-氨基吖啶在有机体内的活动模式进行药物设计。该反应是基于反应条件的变化进行

合成路线 7 二硫化物的反应

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的, 因而没有涉及任何MT, 为无MT进行 DCC设计开启了先河。

氨化还原反应相对于 DCC 中的其他反应而言, 是一个较快的反应。反应条件较为温和, 同样适用于以生物分子作为靶点的 DCC 的研究中, 因此被广泛地应用于 DCC案例中, 超过 20% DCC案例涉及 到氨化还原反应。

腙化学 腙是一类含有 R1R2C=NNH2 结构的有

机化合物。它通常可看做酮或醛中的氧被 NNH2取代

而形成的结构。腙可以由联氨类化合物与酮或醛反应

生成。腙化学 (合成路线 8) 已被广泛应用于以生物分子[35]、无机分子[36]为 MT 的 DCC研究中, 常被用于大环结构的合成, 同时, 它还被用于优化 DCC 研究过程中的反应条件。

合成路线 8 腙的合成

腙结构在药物化学中起着非常重要的作用, 因

为它能够提高化合物成为药物的可能性。 螯合作用 螯合作用是指具有两个或两个以上

配位原子的多齿配体与同一个中心原子形成螯合环

的化学反应。通常, 具有多齿配体的有机化合物称为螯合剂, 而中心配体则为金属离子。

Hasenknopf 等[37]研究了阴离子的种类与三联吡

啶形成大环时的选择性的关系, 他们以多种不同的阴离子 BI 为 MT, BI 与 Fe2+

通过螯合作用形成环状 产物, 可以形成双螺旋结构, 与DNA的双螺旋结构相似。结果发现在所有的 DCL 中, 只有两个产物形成, 而螯合环的大小则取决于靶点的大小: 较小的靶点有利于形成五元环, 较大的靶点有利于形成六元环。

原位点击化学 Padwa 等[38]首次将原位点击化

学的概念引入到叠氮化合物和炔烃的[1, 3]-环加成 反应中, 从而使得反应速度大大加快。美国 Scripps研究所的 Sharpless 小组通过原位点击化学方法, 以乙酰胆碱酯酶为靶酶, 靶向诱导合成 3个抑制活性达飞摩尔级的 AChE 抑制剂[39−41] (syn-TZ2/PA6、syn- TZ2QA6 和 syn-TZ2QA5)。Mocharla 等[42]则以牛碳 酸酐酶作为靶酶, 筛选出 11个 bCAⅡ有效抑制剂。

其他两组分反应 其他一些两组分反应主要包括缩醛化反应[43]和烯置换反应[44]等。

多组分反应 多组分反应是指由 3 个或更多的相互间易结合的原料在同一反应器中相互反应形成

产物的过程, 多组分反应能够大大提高最终产物的多样性。理论上, 多组份反应可以是一个聚合的过程或是一个多米诺过程。反应产物可以由 3个或更多的原料聚合而成 (如 ABCD), 也可以由一连串原料通过一些基本反应而形成 (如 DE…Z)。如 Ugi 反应[45]

和 Henry反应[21]等。 多组分反应在 DCC 研究中存在巨大潜力: 可以

借助于多组分引入更复杂的多样性至产物中; 可以形成类似于药物结构的化合物或者天然产物; 拓展DCC中的化学范围。但同时也存在一些问题: 由于较为复杂的反应机制及原料的浓度很低, 通常产率较低; 反应条件不够温和影响更多的 MT的选择。 4 DCC的分析方法

动态组合化学利用共价可逆反应, 其 DCL 中组分数量大, 优势化合物浓度较一般方法高很多, 但是如何对 DCL 中复杂的组分进行有效的分析是制约动态组合化学发展的重要因素。纵观最近几年用于组合

化学的分析方法, 快速平行处理、开放通道、操作系统化自动化是主要的发展方向[46]。在目前 DCC体系中, 主要以 HPLC[4, 27]、NMR[15]、MS[31]以及 HPLC-MS技术[47]等作为筛选手段。 4.1 HPLC

HPLC是一种应用于分析化学的柱色谱技术, 根据不同物质的极性分离物质, 达到分析或者提纯的目的。HPLC 是 DCC 中应用最为广泛的筛选方法之一, 特别是以生物分子为靶点的反应中。

Zameo 等[16]利用氨化还原反应寻找溶菌酶的新

的结合体。他们合成了 2个 DCL, 其中一个含有溶菌酶, 另一个不含, 最终通过 HPLC 的比较筛选, 确定了 5和 6两个活性配体, 进一步通过库解析得到 5和6的结构。 4.2 NMR

NMR 主要限于使用以化学分子为靶点的 DCC研究中。

Larsson等[15]在 DCC中利用硫酯置换反应寻找靶点乙酰胆碱酯酶的抑制剂。在利用 1H NMR (400 MHz) 检测含靶点 DCL和靶点空白的 DCL时发现乙酰、丙酰和丁酰产物在含有靶点的 DCL 中被测到, 但在靶点空白的 DCL 中不能被检测出来, 从而确定出优势化合物。 4.3 MS

MS非常灵敏, 可以检测 pg·mL−1的物质。在 DCC中, 根据反应机制及起始原料, 可以推导出产物的分子量从而直接表征配体的结构, 而不需要再进行库

何 伟等: 动态组合化学的研究进展 · 821 ·

解析或者独立合成单个产物以进行表征。 Cancilla 等[31]将靶点和延长体 (靶点的已知结合

体) 以及 1 个含有 10 个二硫化物的库进行培养, 合成了 1个 DCL。通过 MS的分析, 将 1个配体结构直接表征出来, 从而筛选出 Aurora A激酶的抑制剂。 4.4 HPLC-MS

液质联用技术 (LC-MS) 是一项可以将液相或HPLC 的分离功能与质谱的分子量测定功能结合起来的技术。LC-MS 的分离与表征 (主要为分子量表征) 的特点, 使得它可以被应用于蛋白质结构学、药代动力学和药物的研发中。

Clavaud 等[48]利用二硫化物化学, 共合成了 4 个DCL: Library a: 不含有 MT或者谷胱甘肽; Library b: 含 MT; Lirary c: 含有谷胱甘肽和 MT; Library d: 含有谷胱甘肽和 MT以及环孢素。然后运用 LC-MS分析上述合成的几个库, 得到结合体与非结合体的离子峰的提取片段, 发现对于非结合体而言, 无论有无MT, 二硫化物置换反应进行的都很彻底。

此外, 由于 HPLC、MS 等在分离能力上的缺陷 限制了 DCL 的规模, 从而减少了发现先导化合物的机会。同时分析条件可能会破坏化合物和 MT 的复 合物, 无法直接确认优势化合物, 只能通过与空白参比库进行对照, 比较反应库和参比库中化合物组分含量的差异, 才能筛选并确定优势化合物的结构。不仅筛选操作繁杂, 而且优势化合物指认的可靠性也较低。近年来, 经过科研工作者不断的努力, 开发出一些新的 DCL 的分析方法, 在一定程度上弥补了LC-MS检测方法的不足。如 X射线衍射法[49]、生物

分析法[50]、傅里叶变换−离子回旋共振质谱 (Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometry, FTICR MS) 与连续偏共振照射碰撞活化分解技术 (sustained off-resonance irradiation collision activated dissociation, SORI-CAD) 的联合应用[51]及树脂固载

分离筛选[52]。 5 现存问题

作为一门发展中的新兴学科, DCC 也面临诸多亟待解决的问题, 特别是当该技术在用于药物先导化合物筛选或生物活性结构研究时, 其不足之处尤为显著。① 用于构建 DCL的反应类型单一, 已成功用于 DCC研究的大多数为简单的两组分反应。如前文所述, 对库产物的结构多样性具有一定的限制。② 当靶点为生物分子时, 反应条件要求苛刻, 通常必须是水相常温反应, 并且整个库中, 有机化合物的总含量通常必须限制在毫摩尔级, 以确保靶点不失活, 这

极大地限制库中化学反应的效率。③ 分析测试流程复杂, 因为 DCC 研究中, 通常分析的对象为整个库混合物, 组分复杂, 分析常涉及到繁琐的库解析。并且, 这也很大程度上限制了库的规模。以上缺陷是目前 DCC发展的主要限制, 也是 DCC领域科研工作者的重要研究内容。 6 结论和展望

作为一门新兴前沿学科, DCC 有机地结合了组合合成和诱导筛选的理念, 使分子合成和结构筛选有效地结合起来, 极大简化了现行相关研究工作中的合成及筛选工作, 因而使得 DCC 成为药物先导化合物筛选、材料合成、分子自组装等工作的高效研究

工具。针对 DCC 面临的限制, 相关的研究工作也陆续开展, 如多组分反应已被成功用于 DCL的合成, 两相反应技术也已被成功运用于一些 DCL 的合成, 这为解决 DCC 研究中, 生物分子作为靶点时, 反应必须在水相中而导致的反应效率低提供了解决方案。而

各类新型的分析测试技术的相继投入使用也将为简

化 DCL的分析起到很大的推动作用。 总体而言, DCC作为一门极具应用价值和学术意

义的新兴学科, 经过十余年的发展, 已被广泛应用于药物筛选、材料化学、环境科学等诸多领域, 并引起工业界, 如辉瑞制药 (Pfizer)、阿斯利康 (Astrazeneca)、葛兰素史克 (GSK) 等国际著名大型医药公司的关注。因此, DCC必将被越来越多的科研工作者和产业技术人员关注、利用并不断发展。

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