组合化学的研究进展

组合化学的研究进展

王德心综述

(中国医学科学院　中国协和医科大学药物研究所　北京　100050)

摘要　经历6年的探索性研究,组合化学在扩大分子多样性、活性结构识别的简化、应用多元化及液相组合化学的出现等方面均获得很大进展。目前,组合化学已进入应用研究阶段,它将在开发有用的分子、固体材料和条件优化等方面展示令人瞩目的前景。

关键词　组合化学;分子库;新药开发

90年代初诞生的组合化学以空前的发展趋势引起了全球科技界的广泛关注。大量研究证明,用组合化学技术进行的大规模分子库合成及活性筛选已在分子生物学、病毒学、药物开发、催化剂和反应条件优化等方面发挥了日益重要的作用。迄今国内外已介绍了组合化学的原理及基本方法〔1～3〕。本文作者亦详细综述过有关组合化学初期的合成、筛选及结构识别的方式方法〔4〕。所以,本文的重点将介绍近2年组合化学的最新进展和发展趋势。

1　扩大分子多样性

组合化学以其庞大的产物种类数为最大特点,现在其产物分子多样性的潜力又被进一步发展。因此在数量和质量的双重基础上,开发“有用的分子(useful m olecules)”才更有可能。

1.1　衍生库

利用某些反应可将一个肽库转化为多种衍生库(library from library)。

1.2　非肽寡聚库

最初组合化学是由肽库发展而起来的。

为

了克服肽分子易受酶解的缺点,修饰其骨架结

构的类肽(4)及非天然肽(5)的合成已经实

现〔5,6〕。更有意义的是将DNA与肽分子杂化而

成的新型寡聚物PNA(核肽,6)。其结构特点是

将DNA的碱基连在肽的主链上。最近一步合

成PNA单体的新方法已经确立〔7〕。此外,寡脲

和寡糖分子库的合成为寻找新的酶抑制剂、抗

癌和免疫调节活性化合物提供了更多机会。

1.3　小分子库

除上述修饰肽分子库外,发展范围更广泛

的非线型小分子库(small m olecules library)是组

合化学深入发展的必然趋势。近2年已有将近

200多篇文献报道了非肽分子库的合成。其中

Thom ps on等〔3〕专门介绍了非线型小分子库的合

成、活性检测和发展趋势;Fr üchtel 等〔8〕较系统地描述了10种固相载体、17种连接载体的结构和常见功能基在载体上键合的反应路线;

Hermkens 等〔9〕

则用表格形式归纳了16类固相有机反应,共168种小分子库的合成。

2　结构识别同步化

近2年已研究出若干种特定的组合库在活

性检测的同时即可确定先导物的结构,

无需任

图1　五步循序法识别阿片类拮抗剂新的先导物

O :分别反应的20种D 型aa ;X:组合反应的19种D 型aa

何化学分析或仪器分析。2.1　循序筛选(iterative screening )

D ooley 等〔10〕

以图1的方式分步合成和筛选了5000多万个产物的全D 型六肽库。最后发现一个与过去已知结构完全不同的新的具有中枢镇痛活性的八肽(7),其IC 50为18nm ol ・L -1。

Freier 等〔11〕用类似的方式进行DNA 组合库的

合成和筛选。2.2　正交组合(orthog onal combination )

如图2所示,全部反应构件按正交方向编组,即A 向3组,B 向3组:Aa (1,2,3)……Ba (1,4,7)……。9种构件共分6组,每组3个构件混在一起同时参加反应。现以二步反应为例,每库共得到9组,81个产物,每组为9

个产物

图2　

构件的正交式编组

的混合物。可以看出两库的产物完全相同,但编组互为正交。所以A 库中每组只有一个产物与

B 库某组中的一个产物相同,其余8个产物分

别与B 库另外8组中的某个产物相同。活性检测

中应该在A 和B 两库间有相应的结果。例如

A 7和

B 2两组活性较强,由各自的混合物中找出相同者即可知道活性结构。

D éprez 等〔12〕

以此种方式将25种构件编为10组,经三步混分方式合成得到两库(各含125组)共15625个产物。经V 22加压素受体结合试验,发现化合物(8)为新的先导物

。

2.3　亲和性与质谱丰度相关法

在亚化学计算量的配体与受体竞争性结合

时,活性最强的组分与受体结合的量最多,在质

谱(MS )中的离子强度也最大。G ao 等〔13〕

用碳酸酐酶(C A )2Ⅱ为受体,以对氨亚磺酰2苯甲酰2X 1X 22氨基丙酸型分子库为配体,筛选了545个化合物。结合反应后先经电喷雾离子化质谱(ESI 2MS )气化,再将一定强度的[受体・配体]n -峰成分解离,去除受体

。最后经傅立叶变换

(FTICR )将配体峰的组分放大,即可读出活性结

构。

2.4　索引组合(indexed combination )

以二元索引库为例,在A +B →AB 反应中,假设用10种A 构件与20种B 构件按图3方式编组合成和筛选。最后与正交库类似,找出活性最强的两组,由互补的组成推出先导物结构。

图3　索引组合库的合成、筛选和先导物识别

3　液相组合化学

最初的组合化学是由固相肽库合成发展而成。如今又扩展到液相合成方式,是走向更广

泛、更实用的重要发展。目前已有索引组合库、多组分一锅合成库、核心分子库和寡聚糖分子库等液相组合方式。3.1　索引组合库

基于图3介绍的原理,Pirrung 等〔14〕

用9种羟基(O )组分及6种异氰酸酯(N )

组分合成了含15组亚库,共计2×54个氨基甲酸酯产物的索引库

:

∑R ′OH +R 2NC O →∑R 2NHC OOR ′(N 亚库)R ′OH +∑R 2NC O →∑R 2NHC OOR ′

(O 亚库)经筛选N1亚库及O6亚库活性最好,由这

二组混合物的组成互补推出先导物(9)的结构,它具有极强的抑制胆碱酯酶活性。

3.2　多组分一锅合成库

有机化学中的Mannich 反应和Ugi 反应

图4　U gi 反应