诺奖成果“点击化学”在ADC及PROTAC领域的研发与应用
药物化学专业，特别是手性药物研发专业的学生或从业者，对于Sharpless是非常熟悉的。近年来，化学领域的奖项也更多的颁发给生物及医药领域做出突出贡献的科学家，从手性催化反应到不对称催化氢化再到今年的点击化学，让自己更加自豪于当时所选择的专业。从理念到实际应用，走过了漫长的岁月，也更加珍视能够得到应用的科学理论。在强调创新却又无比浮躁的时代背景下，珍惜你曾一直珍视的东西，时代校正的阵痛期，你感受到的痛苦越少，说明你既往与旧有时代的交集越少，在未来的时代才更容易轻装简行。
——2022年诺贝尔化学奖——
2022年10月5日，瑞典皇家科学院宣布，美国科学家卡罗琳·贝尔托西 (Carolyn R. Bertozzi)、丹麦科学家摩顿·P·梅尔达尔 (Morten P. Meldal)、美国科学家卡尔·巴里·夏普利斯（K. Barry Sharpless）荣膺2022年诺贝尔化学奖，以表彰他们在点击化学和生物正交化学领域作出的贡献。值得一提的是，K. Barry Sharpless曾于2001年获得过诺贝尔化学奖（表彰其在手性催化氧化反应方面的贡献），时隔21年后再次获得诺奖，实属难能可贵。
图1. 2022年诺贝尔化学奖得主
——点击化学在药物研发中的应用——
点击化学（Click chemistry）是2001年美国诺贝尔化学奖获得者贝瑞.夏普利斯（K.Barry Sharpless）等提出的一系列反应，其核心是开辟一整套以含杂原子链接单元C-X-C为基础的组合化学新方法，用少量简单可靠和高选择性的化学转变来获得更广泛的分子多样性。而生物正交“点击”化学可以在不干扰正常生命活动的情况下在生命系统中进行。
图2. 点击化学和生物正交化学漫图
简单说来，点击化学的原理是在一定环境条件下，一对功能性基团彼此快速、有选择性地相互反应。即两个相兼容的具有点击功能基团A和B被激活，被激活的两个分子形成稳定的偶联体。
图3. 点击化学的原理示意
基于其能够有效将两个功能性基团连接在一起的功能，点击化学也开始在药物研发领域取得突破性进展，近年来火热的抗体-药物偶联物(ADC)领域，也有点击化学的身影。在还处于概念，尚未形成成果的同样火热的PRO TAC领域，也有点击化学应用的空间。
——点击化学与ADC——
在过去的二十多年中，生物无机化学家和药物化学家越来越多地使用点击化学，用于开发靶向药物，如ADC。
图4. 生物正交化学示意
Carolyn Bertozzi开发的点击化学反应发生在叠氮化物和炔烃之间（上图展示的是一种环辛炔）组分，由于这些基团在生物分子中是不存在的，它使其他化学基团能够保持不变的状态下，可以用于活细胞。
图5. 采用生物正交化学的ADC临床研究
通过点击化学切割的 ADC 扩大了使用范围，能够对肿瘤微环境中的药物释放进行普遍和直接的时间控制。这将允许更均匀的药物递送，从而潜在地提高异质或穿透性差的肿瘤的治疗效果。目前都处于较为早期的临床试验阶段，真正在临床上得到应用，还需要很长的路要走。
——点击化学与PROTAC——
人体的泛素-蛋白酶体系统（ubiquitin-proteasomesystem, UPS）是细胞内蛋白质降解的主要途径，参与细胞内80%以上蛋白质的降解。简单来说，这个过程就像是细胞将不用的文件（异常蛋白质）交给秘书（E3酶）盖上作废章（泛素化），扔到碎纸机里（蛋白酶体）。UPS是细胞内一系列生命进程的重要调节方式,与疾病的发生发展关系密切。三位杰出的科学家也因为有关泛素的研究而获得了2004年诺贝尔化学奖。
图6. 2004年诺贝尔化学奖得主
所谓的PROTAC，全称为靶向诱导蛋白降解联合体（Proteolysis TargetingChimeras），说白了，如下图所示，PROTAC能够与目标靶蛋白（POI）和E3连接酶结合形成三元复合物。在体内可以将靶蛋白和E3酶拉近，使靶蛋白被打上泛素标签，然后通过泛素—蛋白酶体途径降解。
图7. PROTAC技术
理论上来说，使用催化量的药物，就可以降解细胞内80%以上的蛋白质，从而使靶点从“不可成药性”变成“可成药性”属性。因此，PROTAC技术在克服耐药和靶向不可成药靶点方面潜力巨大。
但PROTAC研发的难度与ADC一致，Linker也决定了成败的关键，Linker的长短也会影响PROTAC的降解活性，常用的Linker长度一般在4~15个碳原子（或杂原子）。根据作用靶点的不同，Linker的长短对降解活性的影响也不同。
图8. 点击化学在Protac的应用实例
Click chemistry（点击化学）由于反应条件较温和、效率较高，常常被应用到PROTAC分子的Linker当中，用于连接两端的分子。通过文献检索，已经有研究团队开始尝试将点击化学和Protac进行融合，期冀能够加速Protac从理念到应用的突破。
参考资料：
The Nobel Prize in Chemistry 2022, Retrieved October 5, 2022, from https://www.nobelprize.org/uploads/2022/10/press-chemistry2022.pdf
Click chemistry targets antibody-drug conjugates for the clinic. Nat Biotechnol. 2019 Aug;37(8):835-837. doi: 10.1038/d41587-019-00017-4. PMID: 31375794.
Non-Genetic Generation of Antibody Conjugates Based on Chemoenzymatic Tyrosine Click Chemistry. Bioconjug Chem. 2021 Oct 20;32(10):2167-2172. doi: 10.1021/acs.bioconjchem.1c00351. Epub 2021 Sep 14. PMID: 34519477; PMCID: PMC8532111.
A "Click Chemistry Platform" for the Rapid Synthesis of Bispecific Molecules for Inducing Protein Degradation. J Med Chem. 2018 Jan 25;61(2):453-461. doi: 10.1021/acs.jmedchem.6b01781. Epub 2017 Apr 17. PMID: 28378579.
