DEL for 特定作用机制的酶配体开发

基于酶本身催化化学反应、活性位点及结合口袋的结构特性，酶一般被认为是更能被小分子化合物所靶向的靶点。随着生物化学和酶学的发展，对于酶类靶点的筛选已经日趋成熟和完善。相对于传统的高通量筛选（HTS），DNA 编码化合物库（DEL）的筛选有着独特的优势，尤其是对多底物的酶，其结合口袋的不同构象可以在DEL筛选中同时被探索，从而能够鉴定和优化得到具有更好作用机制（MOA）的差异化配体。针对激酶和其他DNA结合酶的DEL筛选在“DEL for”系列其他文章中已经进行了详细的阐述，在本篇，我们主要着墨于有独特催化机制的多底物酶，以及结合口袋对结合化合物有着特定倾向结构的酶。

对于定向结合顺序酶的DEL筛选

虽然基于酶活的筛选能够直接筛到有酶活调节作用的苗头化合物，但基于亲和力的DEL筛选有着独特的优点：提供独特MOA的化合物以确保更好的药物疗效。对于靶点酶学特性的全面理解是有效药物筛选的基础，尤其是针对特殊机制多底物反应的酶。例如Naa50，此蛋白对底物有着定向结合顺序，其只能先结合乙酰辅酶A，之后才能结合第二个底物，催化乙酰基的转移。基于对酶学特性的详细探索，我们设计了针对靶点不同状态的筛选方案，从而获得了具有高活性的苗头化合物（ACS Med Chem Lett. 2020 Apr 10;11(6):1175-1184, 图1）。

图1，A）定向结合顺序的酶反应机制。B）从DEL筛选中得到具有独特作用机制的Naa50抑制剂。

对于乒乓反应机制酶的DEL筛选

乒乓反应是酶催化反应中的一个典型机制，其催化反应可以分成两个部分：第一个底物同靶点结合后被催化反应，形成酶-X基团的中间体，释放出第一个产物；之后，第二个底物再结合酶-X基团中间体，接受X基团的传递。中间体状态的蛋白具有独特的构象，在筛选中能够提供探索此构象蛋白的机会，从而确保找到具有独特MOA的小分子抑制剂（图2）。

图2，A）乒乓反应机制的酶反应。B）不同酶状态的筛选结果比较，且中间体状态的蛋白筛选得到了多个高活性苗头化合物。

特定竞争机制的DEL筛选

竞争性、非竞争性和反竞争性抑制是可逆抑制剂常见的三种形式，在筛选中加入特定底物或者已知结合位点的配体，能帮助区分筛选化合物的结合模式，从而确保得到希望作用机制的化合物。另一方面，有些作用位点因为其表面特性，会与特定结构的化合物结合，比如，因为磷酸酶的反应特性，其活性位点结合的化合物常常带有极性且无选择性，从而使后续的药代动力学及药效开发受阻。在筛选中加入活性位点的结合物作为封闭，可以帮助排除活性位点结合的分子，从而找到结合变构位点的分子，使化合物具有更好的可开发特性。图3为用活性位点配体进行封闭筛选的示例。

图3，用活性位点结合化合物来筛选变构位点分子的示例

酶是生理条件下的主要功能发挥介质，其包含了多种类型的药物靶点，占目前开发靶点的接近一半，针对酶靶点的配体发现在疾病治疗中有着重要意义。DEL筛选能够实现快速、低成本的酶配体开发，并具有以下独特优势：

l  酶不同构象和状态的同步探索

l  活性位点和变构位点结合分子的区分

l  可高效引入其他相关酶进行选择性和机制测定