总览：动态组合化学（DCC）利用可逆反应来构建处于热力学平衡状态的分子平衡网络，它通过响应任何能改变系统自由能的试剂来调整其构成。作者以苯胺为亲核催化剂，使DCC在PH6.2下达到可逆平衡，并且可以通过改变PH值来调节动态平衡的开关。此外，作者将这些腙的DCL与谷胱甘肽S-转移酶的两种同工酶结合，观察到不同程度的扩增效应，其中每种蛋白为其活性位点的疏水区域选择最合适的腙。

动态组合化学（DCC）利用了可逆化学反应在热力学平衡下建立分子平衡库。生成的动态组合库(Dynamiccombinatorial libraries, DCL)对添加模块作出相应，该模块能从平衡分布中选择性地扩增最佳的结合化合物。

作者利用DCL中常见的可逆亚胺来构建动态平衡反应（图1），但由于胺与醛的可逆加成得到水中不稳定的亚胺，不能在DCC体系中直接分离或分析，通常需要原位还原，生成静态胺库。而原位还原步骤的引入使DCL平衡复杂化，难区分真正的热力学选择和对动力学有利的化合物。

由于亚胺键的不稳定性，其他类型的C=N键的研究被广泛开发。其中，酰基腙被证明具有较好的可逆性和稳定性，并易于分析和分离。然而，要实现醛和酰基肼的可逆反应，所需的pH值要小于4，无法直接用于生物DCC体系。作者通过添加苯胺作为亲核催化剂，可以在生物相容PH值下形成DCL。

他们选择将醛（已知谷胱甘肽S-转移酶（GST）底物二氯硝基苯)与过量的十种芳基酰肼在室温下反应（图2）。PH6.2下，由图二可见平衡进行得很慢，5天后才将10个腙的信号一一识别出来。相比之下，在过量苯胺存在下，重复实验能得到更好的平衡率，仅在6个小时后就能观察到十个组分达到完全平衡。作者通过不同的起始组合物，生成DCL，证明了DCL的可逆性。

确定了苯胺在生物相容的PH和合理的时间范围内作为腙库DCC的有效亲核催化剂，作者下一步是将蛋白质引入DCL。作者选择了负责细胞解毒，催化谷胱甘肽（GSH）与多种外源亲电结合的GST超酶家族。细胞质GST活性位点由两种单体残基组成。其中G位点与GSH结合，H位点与疏水底物结合。这种使用可逆反应将两组片段链接在一起的结构，特别适合DCC探侦。作者制备了两种重组GST同工酶作为靶标，来自蠕虫日本血吸虫的 SjGST（热带疾病的药物靶标）和 hGST P1-1（一种已靶向治疗化疗耐药性的人类同工型）。图 2 中制备的酰腙 DCL 与两个蛋白质靶标连接并测量扩增（图 4）。两种 DCL 都显示出非常明显的腙成分扩增；噻吩酰腙3g由SjGST选择，叔丁基苯基腙3c由hGST P1-1选择。

为了提高DCL的效力，他们通过SNAr反应将谷胱甘肽与醛1结合（图5），将高度可溶的谷胱甘肽三肽基序将作为G位点的“锚”，改变各种酰肼片段来探索H位点。使用谷胱甘肽共轭醛 4 和先前使用的相同十种酰肼的初始DCC实验证实了苯胺作为亲核催化剂的实用性。平衡在 6 小时内完成，而在没有苯胺的情况下需要 4 天。和之前的数据一样，对于两个GST靶点都可以观察到明显的扩增。为了验证扩增结果不是由于通过目标加速合成的动力学选择，我们将 SjGST 添加到预平衡的 DCL。腙5g被强烈放大，表明放大的组分是真正的热力学选择的结果。

    为了从分子层面上进一步了解同工酶对两种腙5c和g的选择性区分，他们进行了分子建模研究，发现谷胱甘肽部分覆盖良好，在 G 位点有非常相似的构象，而各种结合物的共轭部分在H位点内的构象却显示出庞大的多样性。作者对生成 SjGST与噻吩腙5g和hGSTP1-1与叔丁基腙5c的结合模型（图7），发现噻吩腙很容易装入SjGST结合口袋，只需要对侧链进行微小的调整。而叔丁基苯基会导致空间冲突，需要一定程度的诱导才能适合结合。

总结：

    作者特意选择少数的DCL组分，以便彻底表征平衡分布并量化苯胺催化腙的扩增。通过使用苯胺作为亲核催化剂，证明了酰基腙的可逆合成可以与蛋白质靶标相容。DCC工具具备易于定制现成可用的构建块、良好的动力学和热力学特性有利于分析分离、形成酰胺类偶联具备良好的生物相容性等优点，使DCC能应用在生物靶点上。酰基腙 DCL具备真正的适应性，放大效应与处于平衡状态的结构直接相关。此外GST 酶被证明作为 DCL模板非常有效，GST超酶家族的两种同工酶与小分子组装体能顺利结合，并呈现出最佳结合成分。

为了深入了解同种型的选择性，他们发现每个扩增分子都可以有效地停靠在其各自GST的H 位点，但SjGST与hGST P1-1的H位点区分噻吩腙5g和叔丁基苯基腙5c的精细结构特征目前尚不清楚。

本文作者：XCF

责任编辑：ZWY

原为连接：https://www.nature.com/articles/nchem.658

原文引用：DOI:10.1038/NCHEM.658