基于生物催化和化学蛋白质组学的发现方法：从化学酶促驱动的DNA编码库筛选平台中鉴定出一种PHGDH抑制剂

《Journal of the American Chemical Society》：Biocatalytic- and Chemoproteomic-Guided Discovery of a PHGDH Inhibitor from Chemoenzymatic-Promoted DNA-Encoded Libraries Selection Platform

DNA编码图书馆（DELs）结合化学蛋白质组学方法开发了高效靶向筛选平台。通过二氮杂环探针系统发现PHGDH为潜在靶点，经两轮合成筛选获得新型抑制剂L5（IC50=2.5 μM）。该平台整合了化学合成、生物催化与蛋白质组学技术，显著提升低信息量目标筛选效率。

　　
DNA编码库（DELs）作为药物发现领域的核心工具，其应用效率与筛选目标的精准匹配度直接关联。传统DEL筛选依赖随机化策略，常因目标蛋白的“配体结合口袋”信息不足导致筛选成功率低下。针对这一痛点，研究者提出整合chemoproteomic技术与生物催化反应的FF标签-生物催化DEL筛选平台，通过结构导向的探针设计实现靶点的高效锁定与化合物库的定向优化。

**创新策略的技术路径**
该平台构建包含三大关键模块：首先，基于二氮杂苯吲哚探针开发化学光交联技术，通过可逆修饰蛋白活性位点标记实现靶点泛谱筛查。其次，利用PLP依赖性酶UstD开发DNA兼容的酶促反应体系，在生物催化层面实现吲哚骨架的精准构建与立体选择性修饰。最后，通过功能化标签（FF tags）的引入，建立化合物库与筛选靶点的动态关联机制，突破传统随机筛选的局限性。

**chemoproteomic技术的突破性应用**
研究团队设计两种具备光敏二氮杂苯基团和生物正交报告基团的探针，通过系统性筛选发现PHGDH成为高优先级靶点。该方法突破传统筛选模式，通过以下机制实现靶向优化：1）光交联探针特异性标记蛋白表面可结合位点，结合质谱组学实现靶点富集；2）功能化标签（FF）系统建立化合物库与蛋白的互作图谱，利用多轮筛选动态调整化合物空间结构；3）结合药库数据库比对，优先锁定具有临床开发潜力的靶点（如FDA已上市药物靶点关联性分析）。

**生物催化与化学合成协同优化**
在化合物库构建阶段，研究团队采用定向进化策略改造UstD酶，通过理性突变提升催化效率。实验数据显示，工程化UstD2.0在1.5 mg/mL浓度下可实现100%转化率，较原始酶效提升3倍。通过筛选32种DNA偶联底物，发现2,3-二酮吲哚类化合物与酶催化活性中心匹配度最佳，据此构建了包含547种氨基和514种酰基的二级库，形成理论规模达281万成员的 DEL01。此阶段特别注重避免传统合成中的副产物干扰，通过优化反应条件（如pH 7.4磷酸缓冲体系、室温24小时反应周期）确保产物纯度。

**靶向筛选与化合物优化**
针对PHGDH开展三轮递进式筛选：首轮通过竞争性酶活实验锁定核心功能域，次轮利用微流控芯片进行高通量富集，末轮结合表面等离子体共振（SPR）技术验证结合特异性。在化合物优化阶段，研究团队发现将吲哚环与二氮杂苯基团进行拓扑优化（如移除DNA连接臂），可使活性化合物IC50值从早期候选物的6.6 μM显著降低至2.5 μM。特别值得注意的是，通过分析DESeq2筛选得到的Top10候选分子，发现其共同特征为保留吲哚骨架的刚性结构，同时具备可调节的空间位阻效应。

**技术优势与产业转化潜力**
该平台相较于传统方法展现出三大优势：1）通过chemoproteomic筛选将目标发现周期从数月缩短至2周；2）生物催化反应体系使DNA偶联化合物纯度达98%以上，避免假阳性干扰；3）动态标签系统（FF tags）实现化合物库与蛋白靶点的实时互作反馈。在产业化应用层面，已建立标准化操作流程（SOP）包，包含探针合成、文库构建、自动化筛选平台等模块，实验数据显示其规模化生产效率较传统方法提升40倍。

**现存挑战与未来方向**
尽管取得显著进展，仍存在需改进的领域：1）当前生物催化仅用于吲哚骨架构建，未来需拓展至手性氨基化合物的模块化合成；2）FF标签系统存在约5%的非特异性结合，需开发更灵敏的淬灭检测体系；3）针对PHGDH的抑制剂存在代谢稳定性问题，需在后续研究中加强药代动力学优化。研究团队已启动二期工程，计划集成CRISPR筛选与机器学习辅助的化合物设计，构建闭环式药物发现系统。

该研究标志着DNA编码库技术从随机筛选向精准定向的范式转变。通过整合化学探针、生物催化与组学分析技术，建立了可扩展的药物发现框架，为解决传统DEL筛选效率低、靶点匹配度差等瓶颈问题提供了新范式。特别在神经退行性疾病和肿瘤治疗领域，PHGDH作为关键代谢酶的靶向调控具有重要价值，其抑制剂的开发有望打开新的治疗窗口。该平台的技术模块化设计使其可适配多种蛋白靶点，已在近期研究中成功拓展至Kinase家族靶点的筛选，显示出强大的技术延展性。