什么是點擊化學和生物正交化學？

點擊化學：一種基于雜原子連接（CXC）快速有效合成有用新分子的化學合成方法。 [1]

生物正交化學：利用點擊化學原理在生命系統內部發生的化學反應，而不干擾天然生化過程。

2001年，對自然界最喜歡的分子的研究表明，與碳-碳鍵相比，分子更傾向于形成碳-雜原子鍵。 “點擊化學"概念的靈感來自于核酸、蛋白質和多糖是通過碳-雜原子鍵結合在一起的縮合聚合物。點擊化學是一種化學合成方法，可以快速有效地合成基于碳雜原子連接 (CXC) 的有用新分子。

在此之前，化學合成復雜、困難，但收率低。直到第一代點擊化學，一價銅催化的疊氮化物-炔環加成（CuAAC）反應被提出，復雜的反應開始通過以圖案化反應方式構建功能分子來簡化。然而，銅催化劑的細胞毒性限制了CuAAC反應在體外和體內的應用。

此后，化學家發現了一種應變促進的炔烴-疊氮化物環加成（SPAAC）反應，該反應無需細胞毒性銅催化劑即可發生疊氮化物-炔烴反應。該反應已用于在體外和體內標記細胞表面的糖蛋白，沒有明顯的細胞毒性。

然而，一些化學家對SPAAC的二級反應速率常數并不滿意。因此，布萊克曼等人。開發了s-四嗪和反式環辛烯 (TCO) 衍生物的環加成反應之間的逆電子需求狄爾斯-阿爾德 (iEDDA) 反應，可產生比 SPAAC 反應更快的無銅點擊化學反應。

圖2. 目前使用的點擊化學反應的特點，來源：參考文獻[3]

點擊化學在生物醫學中的應用

點擊化學在生物醫學研究領域取得了重要進展，特別是無銅點擊化學，包括 SPAAC 和 iEDDA 反應。在體外研究中，點擊化學可以對細胞靶蛋白進行特異性標記，并研究藥物靶標與活細胞中藥物替代物的相互作用。此外，細胞膜脂質和蛋白質可以在體外選擇性標記，并且細胞可以通過點擊化學連接在一起。在體內研究中，點擊化學使分子成像和藥物輸送能夠高效且有效地進行診斷和治療。 [3]

接下來，我們介紹點擊化學在生物醫學研究中的幾個具體應用。

用于熒光成像的點擊化學

無銅點擊化學最有趣的應用之一可能是細胞內感興趣的目標 (TOI) 蛋白質的熒光成像。 [3]特別是在 iEDDA 反應中，可以使用 TCO-配體綴合物以及隨后含有 Tz 的熒光團 (FLTz) 的處理成功地觀察活細胞中的先天 TOI 蛋白。

例如，臨床藥物AZD2281與TCO結合開發了用于研究PARP1蛋白（已知是DNA修復的重要細胞蛋白）的生物探針。 TCO 與抗癌劑紫杉醇偶聯，并使用紫杉醇-TCO/Tz-BODIPY FL 組合成功地實現了細胞內微管蛋白的可視化。后來的多配體-TCO 綴合物，如 BI2536、Foretinib、Dasatinib 和 Ibrutinib，也被用于開發靶向各種 TOI 蛋白，如 Polo 樣激酶 1 (PLK1)、MET 和 BTK 蛋白。 [3]

圖 3. MDA-MB436 細胞中 AZD2281-TCO 和 Texas Red-Tz 之間的無銅點擊反應。來源：參考文獻[3]

靶向藥物輸送中的點擊化學

點擊化學已成為生物體研究中藥物靶向遞送的*化學工具。點擊化學的快速二階反應速率常數、簡單性和正交性可用于聚合物合成或藥物載體開發過程中生物配體的位點特異性修飾。例如，2012 年，Koo 和 Lee 等人。提供證據表明體內點擊化學可用于納米顆粒遞送。在該研究中，將負載 Ac4ManNAz 的納米粒子對腫瘤細胞進行疊氮基標記，并使用含有光敏劑的 DBCO 修飾納米粒子進行二次腫瘤靶向，依次注射到小鼠體內，疊氮基和 DBCO 之間的 SPAAC 增強了腫瘤靶向性。 [3]

圖 4. 點擊化學在腫瘤靶向藥物遞送中的應用。來源：參考文獻[3]

基于點擊化學的 ADC 合成

Cu(I) 催化的炔烴疊氮環加成反應 (CuAAC) 在抗體藥物偶聯物 (ADC) 的合成中具有巨大潛力[4]。研究人員現已設計出高效且經濟高效的基于 CuAAC 的 ADC 偶聯方法，并證明可以快速合成 ADC，從而促進了 GlycoConnect 偶聯技術的發展。 GlycoConnect 使用天然糖基化位點實現靶向綴合，并且可以在短短幾天內將單克隆抗體轉化為穩定的綴合 ADC。該技術基于兩個過程：首先是酶促重塑（用疊氮化物進行修飾和標記），然后是基于無銅點擊化學的有效負載連接。 Synaffix 已與多家公司合作開發其下一代 ADC 技術平臺，其中包括 GlycoConnect。

圖 5. 根據許可協議開發的下一代 ADC

ADC Therapeutics 是較早獲得 Synaffix ADC 平臺技術授權的公司，也是目前使用該技術開發的產品數量最多的代表，其中ADCT-601已處于臨床研究階段。 [5] 目前，ADC Therapeutics 在實體瘤領域的公開產品 (3/5) 正在使用 Synaffix 的 ADC 技術。

圖 6. ADC 治療產品線

圖 7. ADCT-601 的結構

基于點擊化學的PROTAC合成

由于反應條件較溫和且效率較高，點擊化學常用于PROTAC分子的連接體中以連接分子的兩端。瑞安·P·伍爾茲 (Ryan P Wurz) 等人展示了這種方法與溴結構域和末端結構域 4 (BRD4) 配體 JQ-1 (3) 以及針對 cereblon (CRBN) 和 Von Hippel–Lindau (VHL) 蛋白的連接酶結合劑的實用性 [6]。

圖8.基于Click Chemistry的PROTAC合成，來源：參考文獻[6]

基于點擊化學的診斷

點擊化學還可用于開發用于了解組織發育、疾病診斷和治療監測的分子工具。許多癌癥將膜結合微泡 (MV) 釋放到外周循環中，對膠質母細胞瘤 (GBM) 等 MV 進行分析是一種很有前景的疾病診斷方法。例如，李等人。報道了一種結合 iEDDA 型點擊化學和小型微核磁共振 (μNMR) 的微流體系統，用于分析 GBM 患者血液中的 MV [4]。

圖 9. 單擊“基于化學的診斷"。來源：參考文獻[3]

概括

點擊化學和非銅生物正交反應在生物醫學研究領域取得了重要進展。點擊化學可以對細胞靶蛋白進行特異性標記，并可用于將細胞粘附在一起，還可以實現高效且有效的分子成像和藥物遞送，以用于診斷和治療目的。點擊化學還可用于開發DNA納米催化劑、基因組DNA化學合成、輔助CRISPR-Cas基因編輯、ADC和PROTAC合成等分子工具。總體而言，點擊化學已成為生物醫學領域和生物醫學領域的重要工具。有機化學。

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