《European Journal of Medicinal Chemistry》：Precision Covalent Chemistry: Advances in Selectivity-Driven Covalent Drug Design Over the Past Five Years
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•共价抑制剂的靶向选择性由统一框架整合，该框架将非共价亲和力与弹头反应性相结合，以指导靶标特异性结合。•精准性通过五种协同策略实现：增强非共价结合、设计可逆且具有残基选择性的弹头、靶向独特的亲核微环境、控制弹头的空间几何构型以及采用时空激活的前药。•这些策略共同将共价化学从反
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共价抑制剂的靶向选择性由统一框架整合，该框架将非共价亲和力与弹头反应性相结合，以指导靶标特异性结合。
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精准性通过五种协同策略实现：增强非共价结合、设计可逆且具有残基选择性的弹头、靶向独特的亲核微环境、控制弹头的空间几何构型以及采用时空激活的前药。
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这些策略共同将共价化学从反应性驱动的设计转变为选择性优先的设计，使在蛋白质组范围内具有区分能力的安全靶向难以成药的蛋白成为可能。
引言
共价药物通过与靶标蛋白上特定氨基酸残基形成共价键，实现对靶标的持续且强效的抑制。过去十年间已涌现出多个重磅药物，包括EGFR抑制剂奥希替尼和BTK抑制剂伊布替尼[1]。然而，共价药物持续且强效的抑制作用往往因脱靶效应而带来安全性挑战。特别是弹头与非靶标蛋白上亲核残基的非特异性共价结合可导致严重的不良反应，包括皮疹、腹泻、房颤、出血甚至肝毒性[2]。为克服这些安全性问题，药物化学家和化学生物学家开发了多种策略。大多数策略的核心在于根据动力学设计原则提高靶标蛋白的共价修饰速率（图1）。共价抑制剂与其靶标之间的相互作用通常分为两个步骤。第一步是非共价可逆结合，其中为缔合速率常数，为非共价复合物的解离速率常数。平衡解离常数计算为，用于衡量初始可逆步骤的结合强度[3]，[4]。第二步是弹头与亲核氨基酸残基之间的共价反应。灭活速率常数为共价反应步骤本身的化学速率常数，它代表共价弹头与靶标亲核残基反应的最大速率，反映了弹头的本征反应性[5]。过高可能导致脱靶毒性，而过低则可能导致共价结合不完全。评估共价抑制剂总体效率的关键参数为，单位为M·s。该比值排除了仅由亲和力带来的高效能假象[6]，[7]。该比值越高，表明抑制剂能以低浓度快速、高效地共价修饰靶标。然而，若该值过高，也可能导致显著的脱靶毒性。
提高非共价识别步骤的亲和力可降低并使抑制剂在靶标处富集，同时允许使用温和的弹头（第1节）。对弹头本身的设计既控制了所捕获的本征反应性，对于可逆亲电体还控制了由设定的驻留时间，同时还将可靶向的残基范围扩展到半胱氨酸以外（第2节）。选择结构独特的亲核体可将选择性提升到分子识别水平（第3节）。控制弹头相对于其靶标残基的空间几何构型，可仅通过定向调控来调节，而无需提高本征反应性（第4节）。前药策略则完全作用于另一维度，通过在空间和时间上限制活性弹头的可用性，使共价化学局限于疾病部位（第5节）。
本综述简要总结了通过上述各种策略提高共价抑制剂选择性的实例，并在表1中收集了过去五年的关键案例，以为共价药物的改进设计及其安全性提升提供见解和指导。
章节片段
非共价相互作用指导下的共价选择性调控
在保持弹头中等反应性的同时，通过增强非共价亲和力可显著提升整体效能和选择性。优化策略侧重于非共价支架的精细修饰，这也十分重要[26]。从热力学角度看，当从10 μM优化至亚微摩尔范围时，即使保持不变，整体效率也可提高数十至数百倍。这种"亲和力驱动"的优化策略提供了一种
靶向特定氨基酸残基的弹头选择：扩展共价修饰版图
上图：过去三年报道的代表性亲电骨架，按其靶向的亲核残基进行分类。橙色圆点标示亲电中心，展示了近期开发反应基团的结构多样性。下图：在保持非共价配体不变的情况下，优化弹头对靶标蛋白选择性的实用工作流程。该流程通过共价DNA编码化合物库筛选与基于结构的设计相结合实现
残基特异性共价靶向：利用独特微环境实现亚型特异性抑制
共价抑制剂的选择性不仅由非共价支架的亲和力和弹头的化学反应性决定，选择独特的靶标至关重要。残基特异性共价修饰策略通过识别靶标蛋白上结构独特的亲核残基，并将其与具有中等反应性的弹头配对，从而在靶标识别的源头实现选择性[1]。
共价弹头的结构引导空间定位：精准定向以实现选择性
共价抑制剂的另一个核心设计原则在于非共价结合基团与亲电弹头的精确组合。弹头定位不当不仅会导致与靶标氨基酸反应效率低下，还会使弹头暴露于溶剂中或使其与非靶标蛋白上的亲核位点反应，从而导致脱靶毒性[93]，[94]。因此，精确控制弹头在结合
前药策略实现共价弹头的时空可控激活
许多共价化合物在开发为药物后仍面临实际应用中的挑战，包括选择性不足、血浆稳定性差或细胞摄取率低[99]，[100]。前药策略因此成为关键的补充方法。前药是指本身无活性或活性较低，经体内特定部位酶促或非酶促转化后释放活性药物分子的化合物[101]。通过前药设计，选择性释放
结论与展望
尽管共价抑制剂在实验室阶段提高选择性方面具有巨大潜力，但其成功转化为临床应用仍受限于体外效能与体内疗效及安全性之间的显著差距[1]。反复出现的临床失败表明，仅靠靶标选择性和反应性优化往往不足以保证药物的最终成功；吸收、分布、代谢、排泄和毒性
CRediT作者贡献声明
Lei Wang（王雷）：撰写—审阅与编辑。Qidong You（尤启东）：监督指导。Menghan Gao（高梦涵）：软件。Shangjun Bai（白尚俊）：撰写—初稿。
利益冲突声明
? 作者声明不存在可能影响本文所报告工作的已知竞争性经济利益或人际关系。
致谢
本研究得到国家自然科学基金（82522079）资助。
白尚俊|高梦涵|尤启东|王雷
