基于酶催化多组份反应的动态组合化合物库的构建

As a combination of combinatorial synthesis and screening, dynamic combinatorial chemistry can be viewed as a powerful tool for lead discovery in medicinal chemistry. However, narrow scope of reaction types and poor reactivity at low reaction concentration have become two major limitations in current investigation of dynamic combinatorial chemistry. Although multi-component reaction can enrich reaction types for studies of dynamic combinatorial chemistry, the extremely poor reactivity of multi-component reaction at low concentration impedes its utilization in this area. Enzymatic technique offers a good solution for the problem about poor reactivity of multi-component reaction at low concentration. Therefore, application of enzymatic multi-component reaction is more than important for development of dynamic combinatorial chemistry. This study proposes the employment of lysozyme as catalyst in aza-Diels-Alder reaction. The reactivity of aza-Diels-Alder reaction at low concentration can be improved by lysozyme. Therefore, use of enzymatic aza-Diels-Alder reaction in dynamic combinatorial chemistry can be realized. Carbonic anhydrase, which is a significant drug target enzyme, is employed as template in the dynamic combinatorial library. Launch of this project provides a good reference for utilization of multi-component reaction in dynamic combinatorial chemistry.

作为一种高效的药物先导化合物研发技术，动态组合化学将组合合成与活性筛选进行有机结合，并同时实现。然而，反应类型的单一化和低浓度下反应活性差的问题，一直是制约其发展的重要因素。多组份反应的应用有助于丰富动态组合化学研究中的反应类型及库化合物的结构多样性；酶催化技术为实现低浓度下反应的高效进行，提供了良好的解决方案。因此，酶催化多组份反应的应用，对推动动态组合化学的发展至关重要。本项目以溶菌酶替代传统化学催化剂，通过条件优化，有效提升多组份aza-Diels-Alder反应在低浓度下的反应活性；进而实现酶催化aza-Diels-Alder反应在动态组合化学研究中的利用，并在碳酸酐酶体系中加以验证；同时，基于小分子片段设计理念,设计并构建了动态组合化合物库，探索发现新型碳酸酐酶抑制剂。项目对如何实现低浓度多组份反应在动态组合化的应用，具有重要借鉴意义。

动态组合化学将组合合成与活性筛选进行有机结合，并同时实现，该技术在化学合成、生物化学、新药开发等领域具有重要作用。然而，反应类型的单一化和低浓度下反应活性差的问题，一直是制约其发展的重要因素。若动态组合化学能够在多组份反应中获得应用且反应效率能够获得显著提升，将极大扩展动态组合化学技术的实际应用。项目针对aza-Diels-Alder反应，成功以溶菌酶替代传统化学催化剂，通过条件优化，有效提升多组份在低浓度下的反应活性，实现了酶催化aza-Diels-Alder反应在动态组合化学研究中的利用；基于小分子片段设计理念，设计并构建了动态组合化合物库，以溶菌酶进行催化合成、碳酸酐酶进行诱导与催化自组装过程，探索发现了三种新型碳酸酐酶抑制剂。同时，项目通过微流场反应技术进行了库合成过程强化，解决了组分在低浓度下反应效率低、长时间反应酶易失活的问题，实现高效库解析和靶标抑制剂筛选过程。此外，项目将SEC-HRMS的高效库解析方法成功应用于多种酶抑制剂筛选中，证明该方法在酶抑制剂开发中的普适性。综上，通过项目的实施，实现了复杂化学反应体系中低浓度多组份反应在动态组合化学中的应用，突破反应效率低和库解析繁琐两大限制动态组合化学应用的瓶颈，为其在化学合成、生物化学及新药开发等领域中的应用提供了理论基础与技术保障。