综述：DNA编码文库的最新进展：从共价靶向到蛋白质分析

《Current Opinion in Solid State and Materials Science》：Recent advances in DNA-encoded libraries: From covalent targeting to protein profiling

共价DNA编码库（CoDEL）技术通过引入电负性头基实现非半胱氨酸靶向，结合活性蛋白 profiling（ABPP）和全功能化探针的蛋白质组学分析，扩展了共价抑制剂发现范围，并指导了靶向特权结构的DEL设计。

　　

瑞金|路小杰

中国科学院上海药物研究所药物研究国家重点实验室，中国上海竹中路555号，201203

DNA编码文库（DEL）技术使得非共价和共价抑制剂的发现变得高效，其中共价抑制剂通常通过含有多种亲电头基的共价DEL（CoDEL）来识别。最近的发展将CoDEL的应用范围扩展到了半胱氨酸以外的残基，如赖氨酸、酪氨酸、精氨酸和谷氨酸。将CoDEL与基于活性的蛋白质分析（ABPP）相结合，进一步利用选择性残基头基来识别潜在的蛋白质靶点。此外，使用全功能化标签的蛋白质组分析为针对具有特殊结构的蛋白质的DEL筛选提供了指导。本文综述了针对半胱氨酸和非半胱氨酸残基的CoDEL技术的最新进展，并讨论了蛋白质组学如何通过CoDEL和针对性DEL促进命中目标的发现。

引言

DNA编码文库（DEL）是通过分割和汇集策略构建的，这种策略能够系统地组装多种化学构建块[1,2]。得益于日益增多的DNA兼容化学反应，这种方法在文库合成过程中能够高效探索广阔的化学空间[3, 4, 5, 6]。具有不同结构特征的DEL可以被汇集起来，并同时针对特定生物靶点进行筛选[7]。高通量测序（NGS）技术通过独特的DNA条形码快速识别出富集的结合物。由于DEL具有较大的化学空间和高效的筛选能力，它们已在包括传统上难以成药的目标类别（如E3连接酶[8, 9, 10]和G蛋白偶联受体[11, 12, 13]）中发现了有效抑制剂。值得注意的是，一些源自DEL的抑制剂已经进入了临床试验阶段，这凸显了该技术的转化潜力[14, 15, 16, 17, 18, 19]。此外，从专门设计的DEL平台还衍生出了新的分子工具，如PROTAC和分子胶[20, 21, 22]。与此同时，共价DEL技术（CoDEL）也被开发出来用于发现共价配体，特别是那些能够结合蛋白质结合口袋中活性半胱氨酸残基的Michael受体[23, 24, 25]。最近，更多的共价头基被引入DEL中，以实现对其他亲核残基（如赖氨酸、酪氨酸等）的靶向。

共价抑制剂具有高选择性、持久的疗效，并且通常需要较低的剂量。已经建立了多种平台来发现这类抑制剂，特别是针对那些传统上难以成药的目标[26]。CoDEL采用“亲电体优先”策略，即将亲电头基整合到DEL骨架中，有时通过多个合成步骤完成[27]。虽然可以通过标准的亲和力筛选方法识别出可逆的共价结合物，但发现不可逆的共价抑制剂需要对DEL筛选平台进行改造，通常包括变性洗涤或热处理以去除非共价结合物。早期的研究主要集中在靶向结合位点或其附近的半胱氨酸残基上，这限制了CoDEL的应用范围。本文总结了CoDEL在共价抑制剂发现方面的最新进展，以及如何利用蛋白质组学来指导DEL的构建和靶点识别。

小节摘录

通过CoDEL开发的靶向半胱氨酸的共价抑制剂

CoDEL技术在2015年首次展示了其在共价抑制剂发现方面的潜力。一个包含625个成员的肽核酸（PNA）编码化学文库在DNA微阵列上针对组蛋白乙酰转移酶PCAF进行了筛选，从而发现了靶向半胱氨酸的溴结构域抑制剂[28]。随后，同一研究小组引入了SDS缓冲液进行变性洗涤步骤，以去除非共价结合物[29]。类似的方法后来也被应用于使用DNA编码的类似筛选中。

根据蛋白质组学分析结果设计的靶向非半胱氨酸的共价抑制剂

“配体优先”和“亲电体优先”策略的发展，包括CoDEL，使得能够识别靶向半胱氨酸残基的共价抑制剂，从而选择性地结合那些难以接触的蛋白质位点。然而，半胱氨酸在蛋白质组中相对较少，尤其是在那些暴露于溶剂环境中并位于配体结合口袋内的半胱氨酸。这一限制凸显了开发针对其他活性氨基酸残基的共价靶向策略的迫切需求。

ABPP-CoDEL用于共价药物发现

共价头基的丰富多样性显著扩展了CoDEL在共价药物开发中的潜力。然而，识别适合CoDEL筛选的蛋白质靶点仍然是一个关键挑战。将ABPP与CoDEL相结合，通过突出显示整个蛋白质组中的亲电反应性蛋白质，部分解决了这一问题（图2a）。这种结合ABPP-CoDEL的策略首次应用于发现选择性靶向酪氨酸的共价抑制剂。

结合针对性DEL和全功能化探针的蛋白质组分析

虽然ABPP已被用于绘制CoDEL筛选的蛋白质“配体结合能力”图谱，但最近也有类似的蛋白质组学方法使用全功能化（FF）化学标签来识别具有特殊结构的潜在蛋白质靶点。与ABPP-CoDEL策略不同，蛋白质组学研究中使用了光亲和试剂，将全功能化片段（FFF）与光活化捕获基团（例如二氮杂环丁烷）结合。

结论与未来展望

在过去十年中，DNA编码文库（DEL）技术取得了快速的发展。一个重要的进展是用于DEL构建的DNA上化学反应的扩展，显著拓宽了可利用的化学空间。由于结构多样性的增加，DEL筛选已被广泛用于发现新的配体，其中一些配体已经进入了临床开发阶段。然而，尽管DEL文库的规模不断扩大，但从DEL中获得的命中率仍然有限。

利益冲突声明

作者声明与本工作无关的任何利益冲突。

致谢

X.L.得到了国家自然科学基金（NSFC 22377139、92253305）的支持。R.J.感谢NSFC（22307131）的支持。本工作还得到了上海科技创新行动计划（23HC1401200）、中国科学院上海药物研究所独立项目（SIMM0220233001）、国家重点研发计划（2024YFA1306003）以及战略优先研究计划的部分支持。