【人物与科研】中科院上海药物所陆晓杰研究员课题组：通过交叉脱氢偶联反应实现对四氢异喹啉母核的集中型DNA编码库的构建方法

导语

DNA编码化合物库（DEL）已经广泛被制药工业界和科研学术机构运用于新靶点小分子苗头化合物的发现和优化。有别于传统的高通量筛选技术，DEL通过将既定序列的DNA片段与小分子共轭，实现对分子结构信息的存储。DEL合成无需繁琐的分离纯化过程，可在短时间内合成涵盖上亿种不同结构分子的实体库。随后，将其与目标蛋白进行体外亲和性筛选，快速获得药物苗头分子。这一方式极大的缩短了新药研发周期，降低了早期药物开发的成本。

筛选的成功与否很大程度取决于DEL中化合物的多样性。但大多数传统有机相进行的反应对核酸破坏严重，很难直接应用到该技术中。研究人员为了获得结构新颖，种类丰富的DNA编码库，近年就DNA兼容的化学反应开发进行不断探索。

近日，中科院上海药物所陆晓杰研究员课题组，成功地在核酸兼容的条件下，利用CuOTf（I）催化反应进行，实现N芳香化的四氢异喹啉（THIQ）与硝基甲烷、末端炔烃、吲哚等多种亲核试剂的交叉脱氢偶联（CDC），合成具有不同结构的C-1取代THIQ衍生物。此外，他们还通过光催化氧化的路径实现对THIQ的硝基甲烷化。这一系列新的DNA兼容的化学转换为构建基于THIQ母核的集中型DEL奠定了基础，实现对DEL技术的化学空间的进一步扩展。相关成果在线发表在Organic Letter（DOI: 10.1021/acs.orglett.0c01643）。

陆晓杰研究员课题组简介

陆晓杰课题组致力于综合运用多种技术，基于特定靶点来设计和合成DNA编码集中库加快新靶点和难成药靶点的先导化合物的发现。目前课题组已经开发了一系列可用于DNA编码化合物库的构建的化学反应工具，极大的拓展了DEL的化学空间。

陆晓杰研究员简介

陆晓杰，2005年毕业于南京大学化学系获得化学学士学位，随后到美国Brandeis University 在邓力老师的指导下从事有机小分子催化的不对称反应研究。在2007和2011年先后获得了有机化学的硕士和博士学位。2010年底加入美国葛兰素史克（GSK）DNA编码化合物库筛选平台任研究员，专门从事DNA编码化合物库的技术开发研究，2016年入选了葛兰素史克Associate Fellow。2017年加入中国科学院上海药物研究所任研究员，课题组长。

前沿科研成果

通过交叉脱氢偶联反应实现对四氢异喹啉母核的集中型DNA编码库的构建方法

四氢异喹啉是许多具有生物活性生物碱的常见核心结构。一些C-1取代的THIQ衍生物已被证实具有抗肿瘤，抗HIV和抗抑郁活性。此前在DEL领域对该结构骨架的文库构建方法还未被报道过，理想情况下，条件相对温和的酶促反应是这些转化的最佳选择。然而，狭窄的底物范围潜在地限制了这一方法的应用。幸运的是，早有合成化学家应用温和的氧化剂，例如TBHP，H₂O₂，I₂和O₂来实现这种转化。借鉴这一思路，陆晓杰课题组在共轭DNA的条件下，探索并发展了这类反应，开发了光和金属促进的CDC反应，以实现对THIQ的C-1衍生。文章中，作者先利用蓝光对共轭核酸的芳基化THIQ进行光照，观察到在加入Ir-1作为催化剂的条件下，可成功得到活性亚胺中间体c（图1），该中间体可与具有亲核性的硝基甲烷物种实现氧化加成，获得所需的偶联产物。此后，他们又对反应条件进行一系列优化，当催化剂载量在1当量时，将水，乙腈和硝基甲烷按1:1:1混溶作为共溶剂，光照3 h后可获得85%的目标转化（表1），并初步筛选了适用的底物（路线1）。

图1. 可能的on-DNA光催化氧化还原反应机理

（图片来源：Organic Letters）

表1. 反应时间与催化条件的优化

（表格来源：Organic Letters）

路线1. on-DNA的光催化THIQs硝基甲烷化底物筛选

（图片来源：Organic Letters）

当作者试图在此条件下对其他亲核试剂进行拓展时，未能获得目标转换。此后，作者转变思路，对已有的Cu-TBHP催化条件进行催化剂筛选及核酸兼容性条件优化，实现了对于端基炔、吲哚、苯乙酮等亲核物种的on-DNA反应开发。

表2. Cu源的筛选

（表格来源：Organic Letters）

路线2. Cu-TBHP催化体系实现DNA兼容的THIQs与端炔的CDC反应

（图片来源：Organic Letters）

同时，作者给出了这类以THIQ骨架为中心的DEL构建路线。为确保这类反应可以顺利应用到DEL的构建且不破坏DNA序列，他们对共轭编码核酸的骨架衍生物2a，3进行Sanger序列实验，证实了DNA序列未发生改变。（详见原文SI）

路线3. THIQ型集中库构建方案

（图片来源：Organic Letters）

这些新颖的DNA上反应将有助于提升DEL的分子多样性，并推进以C-1取代的THIQ骨架为核心的集中型DEL的构建及对构效关系（SAR）研究。

相关结果发表发表在Organic Letters（DOI: 10.1021/acs.orglett.0c01565）上，该论文的第一作者是中科院上海药物研究所的温馨博士，通讯作者是上海药物所陆晓杰研究员。参与工作的还有实验室的段志强博士，刘加祥，路卫卫。感谢中科院、国家自然科学基金委和上海市科委的经费支持！