“不可成药”是指由于其结构、功能或动态特性，传统药物或治疗策略一直难以针对蛋白质或其他生物靶标。针对此类不可成药靶标进行药物治疗对于开发新疗法至关重要，因为目前的治疗选择有限或不存在此类疾病。因此，研究实现此类药物治疗的方法是药物化学领域的一个重要挑战。
在众多药物发现方法中，治疗靶标的共价修饰已成为一种变革性策略。将各种功能分子共价连接到靶标上为创建高效药物和化学工具提供了强大的平台，并能够提供有关不可成药靶标结构和动力学的宝贵信息
。
在这篇综述中，来自日本京都大学的Itaru Hamachi/Tomonori Tamura等人
总结了最近用于共价修饰蛋白质和其他生物分子以开发新疗法和克服药物发现挑战的化学方法的例子，并强调了这些方法如何有助于不可成药靶标的药物治疗。具体来说，作者专注于利用共价化学方法开发共价药物、靶标识别、药物筛选、翻译后修饰的人工调节、癌症特异性化疗和基于核酸的治疗
。相关研究成果以
“Targeted Covalent Modification Strategies for Drugging the Undruggable Targets”
为题于2024年1月7日发表在
《Chemical Reviews》
上。
本文看点：
（1）作者概述了利用生物分子的选择性和共价化学修饰进行药物开发研究的最新进展，强调了这种方法使以前无法用药的靶标成为可用药的潜力
（2）
作者总结了直接用于创建共价抑制剂的共价键形成反应，还涵盖了靶向共价修饰如何应用于药物开发的各个方面，包括药物筛选系统、新治疗方式的扩展以及使用化学蛋白质组学技术探索药物靶标及其配体位点。
（3）作者讨论了近期发展的利用化学蛋白质二聚化剂（例如PROTAC和分子胶）人工控制蛋白质翻译后修饰的方式中共价键形成的潜在好处。
1.共价药物
与传统的非共价药物相比，共价药物具有多种药理学优势：（1）强效且持久的靶向作用，（2）能够克服来自天然蛋白质底物或辅因子的竞争，以及（3）有可能选择性抑制特定蛋白质亚型，这些亚型很难通过与蛋白质家族中不保守的特定氨基酸残基反应，使用传统的非共价配体-蛋白质相互作用与其他相似亚型区分开来。
2.共价标记识别可用药的蛋白质和位点
基于靶点的药物发现(TDD)是30多年来发现新药的主要方法，其中疾病相关分子靶点在开始时就已确定。
然而，由于TDD中易于药物化的靶点已枯竭，人们对表型药物发现(PDD)的兴趣日益浓厚。
PDD不依赖于对特定药物靶点的身份或其在疾病中的作用假设的了解，目前占制药公司项目组合的40%。在PDD的工作流程中，首先使用基于细胞或动物模型的检测筛选影响疾病表型的先导化合物。随后，通过识别化合物结合的靶生物分子（通常是蛋白质）来阐明作用机制。在传统方法中，使用化合物固定化固相载体进行基于亲和力的纯化，以从细胞或组织提取物中识别靶分子。然而，通常很难识别亲和力低或解离速度快的靶标。因此，基于亲和力的共价标记被开发为靶标识别的强大平台。
特别是，通过共价结合亲和力标签的靶标富集与高灵敏度的纳升液相色谱-质谱分析相结合，可以高效可靠地表征候选药物的靶标和脱靶(图1)。
图1 使用功能探针选择性标记目标蛋白质或蛋白质组及其在药物研发中的应用
此外，修饰位点定位虽然仍然极具挑战性，但可以提供有关蛋白质腔内药物结合几何形状的宝贵见解，从而可以通过分析结构信息和计算机模拟研究进一步优化先导化合物。此外，化学蛋白质组学方法可以促进蛋白质配体能力(小分子结合能力)的分析，为TDD和PDD活动提供重要信息。
本节概述了TDD和PDD的化学方法和工具，用于药物靶标识别和结合位点定位，以扩大可用药蛋白质的数量。由于篇幅限制，这里不再一一叙述文中展示的具体内容和案例。
3.原位药物靶标结合评估
在药物发现研究中，定量测量药物-靶标相互作用及其热力学参数是靶标验证和评估候选药物药代动力学和药效学的关键步骤。
迄今为止，这些参数通常是通过传统生化方法或使用纯化蛋白质或均质组织的荧光报告基因检测来评估的。然而，这种体外分析通常与通过细胞表型测量的药物效力不相关，因为这些方法不能完全模拟蛋白质和药物在复杂细胞环境中的行为。
最近开发的用于可视化组织中小分子的共价蛋白质修饰方法为了解体内药物分布和作用提供了宝贵的平台。这些方法有可能成为有效的药物发现策略，用于难以分离且无法保留其细胞内结构和功能的难处理靶标（例如，膜蛋白和异/同寡聚复合物）。本节重点介绍使用蛋白质原位化学修饰技术的药物评估系统
，
主要有以下几类：
（1）用于活细胞靶标参与分析的化学遗传生物传感器（图2）
（2）通过活细胞中无痕化学标记构建的半合成生物传感器（图3）
（3）检测药物与靶标的结合情况以及药物在组织中的分布（图4）
图2 原位构建化学遗传生物传感器用于检测药物-靶标结合
图3 利用配体导向化学进行原位天然蛋白质工程
图4 透明辅助组织点击化学（CATCH）
4.具有亲电弹头的翻译后修饰诱导剂
翻译后修饰(PTM)涉及共价键形成过程，可关键调节蛋白质生物合成后的蛋白质功能、相互作用、稳定性和亚细胞定位。近年来，一种利用设计嵌合化合物诱导的两种不同蛋白质接近性的方法已经出现，这为人工触发蛋白质泛素化/去泛素化、磷酸化、乙酰化和糖基化提供了一种有前途的治疗策略。这些嵌合化合物被称为蛋白质二聚体或分子胶，为“事件驱动”药理学提供了一种新模式，可以处理难以用传统“占用驱动”药理学修饰的蛋白质。此外，共价化学可以赋予这种接近诱导的分子有利的药理特性，有助于扩大该策略的范围。
作者在本节重点介绍了共价结合技术在控制化学诱导剂的PTM中的成功应用，作者还重点介绍了最近开发的方法，可用于将修饰基团从合成化合物直接转移到靶蛋白（图5-图9）
