DEL for 药物分子优化场景应用

DNA编码化合物库（DNA-Encoded Library，DEL）技术代表了一种药物发现领域的革命性方法。与传统方法不同，DEL技术能够无与伦比地探索化学空间，从而迅速发现具有高效活性的新颖的化合物。DEL不仅在发现新分子方面具有巨大潜力，还在优化已知化合物方面展现出强大的能力。研究人员可以利用DEL技术系统性地探索化合物的化学空间，识别并生成多样的类似物和衍生物（见图1）。通过设计聚焦性DEL（Focused DEL），研究人员可以以高通量的方式高效筛选具有结构相关性的分子。这一方法以已知分子为起点，有助于进一步识别具有更优良属性的化合物，包括更高的活性、更好的选择性、更好的类药性或更低的毒性。DEL作为优化已知化合物的有力工具，将大幅加速整个优化过程，并提高药物开发与转化的可能性。利用DEL技术进行化合物优化进一步突显了DEL技术在药物发现领域的多功能性和影响力。

图1：DEL技术在分子优化中的应用

利用DEL技术进行分子片段的拓展（fragment expansion）

分子片段的药物发现（FBDD）作为一种成熟的方法之一，已经在以小型、低亲和力化合物为起点的药物发现领域崭露头角。然而，这些低亲和力碎片在进一步演化为具有理想亲和力的化合物方面仍存在挑战。分子片段优化的主要方法为多轮迭代的分子片段扩展，该方法的复杂性与长时耗性持续困扰着相关领域的研究人员。

2022年，成都先导团队和Vernalis团队的合作实现了PAC-FragmentDEL的开发，报道了一种涉及DNA编码分子片段库的光催化共价捕获的新方法（RSC Med. Chem., 2022, 13, 1341-1349）。这种方法促进了与特定靶点结合的分子片段的快速识别，在药物发现中体现了显著优势。PAC-FragmentDEL只需要少量标签标记的蛋白质（每个样品250 pmol），减少了筛选所需的生物靶点的量。此外，该方法相对迅速，可在几周内完成包括DEL筛选、测序和数据解析，从而快速识别出活性分子。值得注意的是，与传统方法相比，PAC-FragmentDEL可以涵盖大量溶解度较低的分子片段，扩大了可筛选化合物的范围。此外，通过PAC-FragmentDEL识别的分子片段具有明确的DNA链接位点信息，为片段分子与对应靶蛋白结合的相互作用提供了重要的结构信息。

纽卡斯尔大学的Mike Waring教授报道了一种利用DNA编码化合物库中间体进行分子片段活性优化的创新策略（Chem. Sci., 2023, 14, 8288-8294）。多样性的DEL中间体为研究人员系统地研究化学空间提供基础，促进了碎片分子向具有高效和选择性的药物候选化合物的快速转化。与Waring教授的方法不同，成都先导通过PAC-FragmentDEL识别的碎片分子具有更为明确的DNA标记点和功能基团信息，为进一步用于碎片分子结构拓展的DNA编码化合物库提供设计起点（见图2）。

图 2：PAC-FragmentDEL的筛选及分子片段拓展的聚焦DEL设计

从最初通过PAC-FragmentDEL（RSC Med. Chem., 2022, 13, 1341-1349）识别出的作用于蛋白激酶PAK4的分子片段出发，结合多样的成都先导内部DNA编码化合物库中间体（DEL intermediates），在两周内迅速构建分子数达数亿的碎片分子聚焦库（fragment-focused DELs）。所构建的聚焦库仅需采取传统亲和筛选法对PAK4进行筛选。在经过快速且全面的数据分析、off-DNA分子合成及活性确认后，识别了多个系列的活性在百纳摩尔水平的全新化合物。整个过程高效迅速，可在4-5周内完成多样化的活性化合物确认，包括库设计和合成、库筛选和数据分析，以及off-DNA化合物合成和后续活性验证（见图3）。

图 3: 基于碎片分子的聚焦DEL生产及分子片段拓展分子的快速发现与验证

利用聚焦性DEL技术进行Hit/Lead的优化

在成都先导，DNA编码化合物库（DEL）技术已被广泛应用于已知化合物的优化。这一创新技术使研究人员能够系统地探索已知活性化合物的化学空间，从而生成并筛选大量多样化的聚焦性DEL化合物。该方法旨在增强已知活性化合物的效力、选择性以及类药性。

为增强一种已报道化合物的选择性，根据需求分析，成都先导设计了两个聚焦性DNA编码化合物库，其中包含数百万个化合物。该设计涵盖多个步骤，包括DNA链接点的确认，核心骨架结构的设计和合成，以及物理化学性质的优化与控制（见图4）。成都先导利用自有的筛选平台，可确保大量DEL筛选实验同时运行。利用“智能筛选”策略，将DEL筛选场景与蛋白质类型（野生型、突变等）的组合以需求导向作为第一优先级，实现分子选择性需求与筛选策略高度融合。通过滤除重叠的结合物，确定了一系列特异性抑制剂，并通过验证，在保持优良活性的同时，实现了卓越的选择性。

图 4：利用聚焦性DEL技术进行Hit/Lead的优化

总结：成都先导DNA编码化合物库技术在药物分子优化中的应用

DNA编码化合物库（DEL）技术除了新活性化合物发现外，对于已知化合物优化而言也展示出了极大的潜力与价值。与传统方法不同，DEL技术能够不可比拟地探索化学空间，从而实现高效的化合物优化。值得一提的是，该技术流程可大幅缩短“设计-合成-测试-分析（Design-Make-Test-Analyze，DMTA）”的迭代循环，极大地简化了优化过程。通过聚焦性DEL（Focused-DEL）的设计与合成，成都先导实现了以下场景：

√ 实现Fragment-to-Lead的优化：成都先导将PAC-FragmentDEL与后续的focused fragment-expansion DEL技术相结合，开拓并实现基于DEL技术的Fragment发现到Lead化合物优化的全流程。

√ 实现已知活性化合物的定向优化：成都先导利用Focused DEL技术优化已知活性化合物，可有效获得具有更高活性、选择性或类药性的分子。

成都先导持续致力于DEL技术的突破与创新，不仅在新活性化合物的发现方面具有巨大的价值，也为化合物优化领域提供了强大的工具，有效避免繁琐的迭代步骤，加速药物研发历程，有望为新药开发带来重要突破。