新药创制：DNA编码肽类化合物库

小刚刚

DNA编码化合物库筛选技术是目前新药发现最前沿的技术之一，他的优势在于能够在较短的时间内建造数量巨大的化合物库（库容量通常在百万级），并且能够实现包含大量分子的整个化合物库与靶点蛋白同时进行筛选，极大地提高筛选效率。
自1992年DNA编码化合物库概念提出到1997年DNA编码化合物库技术真正开始工业化，从来就不只是有小分子化合物能够享受这项技术。目前专门以DNA编码环肽类化合物为重点的公司是Nurix，但是其他诸如GSK，Nuevolution 甚至目前国内唯一的HitGen(成都先导)都有DNA编码肽类化合物库布局。举个例子，据成都先导公开的化合物库信息，其子库800多个，粗略分为大环化合物库，天然产物库，靶点相关化合物库，肽类化合物库及其他类型库。由此可见一般。
今天我要说的就是DNA编码化合物库中的重要成员DNA编码肽类化合物库，如图0。
一、虽说都是DNA编码化合物库却千差万别
和小分子化合物库合成类似，DNA编码肽类化合物库也能够较容易地在体内或者是体外合成。这些多肽和蛋白能够特异性地与靶点进行结合，如酶、受体或者是受体的配体。
实现整个DNA编码肽类化合物库与靶点同时筛选的技术叫做Display Technology。通过将多肽或者蛋白连接到DNA或者RNA上，多肽或者是蛋白先导化合物就能够使用Darwinian selection process挑选出来。例如，被噬菌体DNA标记的多肽或者是蛋白能够在丝状噬菌体表面通过融合到噬菌体外壳蛋白中进行表达。而表达与靶点进行结合的多肽或蛋白的噬菌体能够被靶点捕捉，通过对同源配体进行测序就能推导出壳体化的DNA。从而得到先导化合物的结构信息。得到结构信息后，多肽类先导化合物能够通过常见的化学合成出来，而蛋白类先导化合物能够通过标记的DNA表达出来。相似的策略也能够被用于表达和筛选在mRNA、酵母或者核糖体上的多肽或蛋白。
二、天然肽类化合物先天不足
相对于小分子化合物库而言,DNA编码肽类化合物库有两个不能忽视的局限。分别是肽类骨架的容易旋转及组成肽链的氨基酸的数量限制。例如天然肽类化合物库被其多样性所限制。因为组成天然肽的氨基酸只有20种，这就无法将一些已知的药效基团引入到化合物库中。除此之外，一些天然氨基酸还具有相似的化学基团，这就限制了“化学结构空间”的开发。并且肽类化合物的骨架具有高度的灵活性。虽然一些半胱氨基酸的二硫键能够限制骨架的灵活性，但是二硫键很容易在建库反应中被还原或者是经过二硫键交换而失去限制作用。更为糟糕的是肽类化合物的灵活性也很容易招致不同蛋白酶的攻击。
三、先天不足，化学修饰来补
上诉这些问题都能够通过化学修饰的方法来解决。通过化学修饰能够极大地扩展DNA编码肽类化合物的结构多样性，稳定性以及与靶点的亲和力。目前常用的修饰方法是增加荧光受体基团，磷酸化作用及增加非天然氨基酸配体等。如下图1。
此外，能够增加化合物稳定性的因素也被引入DNA编码肽类化合物库的合成中。例如不会被还原的交联剂常常被用来形成单环和双环肽类化合物。这种结构能够增加肽类化合物与靶点的亲和力以及对蛋白水解的稳定性。此外，化学修饰也带给DNA编码肽类化合物新的功能及性质。
四、四种化学修饰手法使DNA编码肽类化合物多样性更加丰富
后文主要介绍四大类化学修饰手法，分别是simple peptide conjugates, monocyclic peptides, bicyclic peptides 和 photo-switchable peptides。
1.Simple peptide conjugates
这种化学修饰手法就是将一些体积较小的化学个体连接到DNA编码肽类化合物上以增加化合物的多样性。这种修饰手法主要是引入一些已知的药效基团。如图2
2.Cyclic peptides
由于环肽相对于线性肽降低了与靶点结合的熵，所以环肽具有更强的亲和力。同时环肽也具有较高的抗蛋白水解能力。
目前合成环肽的方法主要有如图3的的7种方式。
3.Bicyclic Peptides
单环肽类化合物只有单一化学键去保证骨架稳定性，而双环肽类化合物有两个键来保证，这使得化合物骨架结构更加牢固而不易发生变化。同时，双环化合物中的两个大环都能够与靶点蛋白作用使得联系更加紧密。
形成双环的主要方法如下图4：
4.Photoswitchable peptides
光致转换肽类化合物是控制生物作用过程的一种强有力的手段。这种化合物能够通过特定波长的光照射来控制与靶点结合状态，例如偶氮苯。但是这种化合物的缺点是相对较弱的结合力以及在光致转换过程中较小的亲和力变化。下图5是两种合成光致转换环肽的方法。

小刚刚

相关文献查阅处：http://pan.baidu.com/s/1c3kMq6