共价药物近年来受到广泛关注，例如 2022 年销售额达 85 亿美元的抗癌药物依鲁替尼就是一种靶向布鲁顿氏酪氨酸激酶的共价抑制剂。然而，共价药物的开发仍面临高药效与低副作用难以兼得的挑战。近日，清华大学化学系向宇副教授课题组在蛋白互作共价抑制剂的发现研究中取得进展， 建立了“六价硫氟交换体外筛选”（ SuFEx in vitro selection） 技术平台（ 图1），使得在超大容量分子库中快速发现寡核苷酸形式的蛋白互作共价抑制剂成为可能。这种从头直接针对靶蛋白交联活性进行筛选的思路，对发现兼具高活性与高特异性的共价抑制剂至关重要。

图 1.六价硫氟交换体外筛选：从 20 万亿种共价功能化的寡核苷酸序列中发现蛋白互作共价抑制剂

新冠病毒依赖其刺突蛋白与宿主细胞表面受体蛋白之间的蛋白互作来识别并感染宿主细胞。向宇课题组利用六价硫氟交换体外筛选技术，成功发现了一系列靶向新冠病毒刺突蛋白的共价抑制剂。其中一种共价抑制剂 SF-Seq2 能够交联刺突蛋白受体结合域的关键氨基酸残基 Y421 和 K458（图 2a）。据此，进一步设计了共价抑制剂 SF-Seq2-Mod，其体外抑制新冠病毒感染的半抑制浓度（IC50）为 nM 级别，显著优于无 SuFEx 共价弹头的同等序列（ IC50为百 nM 级别），表明共价抑制机制的相对优势（图 2b）。

图 2.通过六价硫氟交换体外筛选技术发现的新冠病毒刺突蛋白共价抑制剂及其体外活性

2023 年 7 月，日本 Astellas 公司以 59 亿美元收购了美国 Iveric Bio 公司，其核心资产是一种被批准用于治疗年龄相关性黄斑病变的适体抑制剂，所针对的靶点是人补体 hC5 蛋白。向宇课题组以 hC5 为靶蛋白进行筛选，发现了能够阻止 hC5 引发体外溶血效应的共价抑制剂（图 3），为开发性能更优越的 hC5 共价适体打下了基础。该研究同时也表明，六价硫氟交换体外筛选技术有望广泛适用于开发靶向各种不同蛋白的共价抑制剂。

图 3.通过六价硫氟交换体外筛选技术发现的人补体 hC5 蛋白共价抑制剂及其体外活性

以上研究成果以“从万亿种六价硫氟交换修饰的寡核苷酸序列中发现蛋白互作共价抑制剂”（ Discovering covalent inhibitors of protein–protein interactions from trillions of sulfur(VI) fluoride exchange-modified oligonucleotides）为题发表在《自然·化学》（Nature Chemistry）期刊上。文章共同第一作者为清华大学化学系 2019 级博士生秦梓宸和 2021 级博士生张恺宁，通讯作者为向宇副教授。该研究得到了清华大学化学系童爱军教授课题组、中国科学院武汉病毒研究所危宏平研究员课题组、上海交通大学化学化工学院张川教授课题组的合作支持，以及来自分析中心化学生物学平台主管朱奕颖博士、上海交通大学医学院附属瑞金医院傅宇成医师、北京协同创新研究院顾春梅副研究员的技术支持。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、清华大学“笃实”专项的支持。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41557-023-01304-z