研究人员利用铜催化叠氮-炔环加成(CuAAC)、硫(VI)氟化物交换(SuFEx)和迈克尔加成反应的模块化序列，从简单构建单元快速组装蛋白降解靶向嵌合体(PROTACs)。该方法简化了整体合成过程，加快了新型蛋白降解药物候选物的开发和测试。图片来源：日本东京理科大学 Suguru Yoshida 博士。DOI: 10.1093/bulcsj/uoaf115
2001年，化学家K. Barry Sharpless、Hartmuth C. Kolb和M. G. Finn提出了点击化学概念，该概念认为有机分子可以快速可靠地连接形成更复杂的结构。他们认识到许多天然化合物是通过高效的碳-杂原子(C-X)键形成组装的，特别是与氮、氧和硫的键合，他们试图在实验室中复制这一过程。
自推出以来，点击化学彻底改变了这一领域，并后来获得了诺贝尔化学奖。其中最具影响力的反应之一是铜催化叠氮-炔环加成(CuAAC)，其中叠氮(N₃)与炔烃反应形成稳定的三唑环。
在药物发现和生物偶联中的应用
点击反应如今广泛应用于药物发现和生物偶联，使研究人员能够将探针（如荧光染料或放射性标签）附着到生物分子上，有助于诊断和治疗。这些工具帮助科学家揭示了药物如何与其生物靶标相互作用。
利用点击化学原理，日本东京理科大学(TUS)的研究人员开发了一种高效策略来合成蛋白降解靶向嵌合体(PROTACs)。这些治疗分子通过招募细胞自身的蛋白降解机制，有选择性地消除致病蛋白。
这项发表在《日本化学会通报》(Bulletin of the Chemical Society of Japan)上的研究，由TUS生命系统工程系副教授Suguru Yoshida领导。
研究团队还包括东京理科大学二年级硕士生Yuri Taninaga、横滨市立大学的Maho Miyamoto、前硕士生Gaku Orimoto、Kaho Yamada，以及来自日本国家健康科学研究所的Hidetomo Yokoo博士和Yosuke Demizu博士。
利用点击化学开发模块化PROTACs
"我们证明了通过三个连续的点击反应组装功能分子，可以快速合成具有蛋白水解活性的PROTACs。这种方法可以轻松引入具有合适连接子的配体组件、物理性质调节单元和探针功能，因此有望加速PROTAC发现，"Yoshida博士表示。
PROTACs由通过连接子连接的两个生物活性配体组成。一个配体结合目标蛋白，另一个招募E3泛素连接酶，该连接酶通过细胞的蛋白酶体标记目标蛋白进行破坏。
为了构建他们的PROTACs，研究团队从VH032开始，这是一种与VHL E3泛素连接酶结合的小底物分子。他们在VH032中引入了一个小炔基，使其能够参与点击反应。使用这种修饰后的VH032，他们通过三种连续的点击反应组装了PROTACs：CuAAC、迈克尔加成和硫(VI)氟化物交换(SuFEx)。
第一步，CuAAC反应将VH032连接到特别设计的三部分支架上。第二步使用SuFEx化学添加第二个与目标蛋白（如EGFR抑制剂）结合的配体。
最后一步，迈克尔加成作为定制阶段。在这里，研究人员可以通过连接单元（如聚乙二醇）来微调PROTAC的性质，以提高水溶性，或通过添加荧光标签来创建可追踪的分子探针。
结果与未来影响
利用这种三步模块化方法，研究团队快速生成了完全组装的PROTAC候选物，将VHL结合配体与各种生物活性分子连接起来。由于该方法耐受多种官能团且不需要保护基团，因此可用于快速创建保留生物功能的结构多样的PROTACs。
新组装的PROTACs——被确定为靶向EGFR的化合物17和荧光标记版本的化合物23——在HeLa细胞中显示出明显的EGFR降解活性。两种化合物都以剂量依赖性方式降低了EGFR蛋白水平，意味着更高浓度产生更大的降解效果。
尽管这些初始的点击组装PROTACs与某些传统合成版本相比效力较低，但研究人员强调，其直接的构建方式大大简化了开发过程。这使得新型治疗候选物的合成、优化和测试更快。
"我们预计，这种模块化的基于点击的策略将通过从现成且易于合成的组件高效创建蛋白降解化合物，加速药物和其他生物活性产品的开发，实现'直接面向生物学'策略，"Yoshida博士表示。
更多信息：Yuri Taninaga等，通过连续点击组装快速合成蛋白降解靶向嵌合体，《日本化学会通报》(2025)。DOI: 10.1093/bulcsj/uoaf115
由东京理科大学提供
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