溶液中自由配體所采用的三維構(gòu)象影響生物活性和物理化學性質(zhì)。溶液1D NMR譜包含配體構(gòu)象靈活性和三維形狀的信息，以及自由配體充分預組織成生物活性構(gòu)象的傾向。2019年8月19日，來自劍橋大學的Elisabetta Chiarparin研究組在J.Med.Chem.在線發(fā)表題為"Free ligand 1D NMR conformational signatures to enhance structure based drug design of a Mcl?1 inhibitor (AZD5991) and other synthetic macrocycles "的研究論文，通過溶液1D NMR譜輔助提供溶液中自由配體的三維構(gòu)象信息，補充x射線蛋白配體結(jié)構(gòu)信息，指導藥物化學優(yōu)化，進行大環(huán)化合物的藥物設計。

——核磁信息提取——

AZD5991是一種針對于蛋白-蛋白相互作用的強效靶點抑制劑，其核磁信號對應的化學位移反映了其結(jié)構(gòu)特征。基于二維結(jié)構(gòu)使用軟件對于其吡唑上C-H的化學位移進行預測，化學位移為5.8ppm。而基于三維結(jié)構(gòu)使用軟件對于其吡唑上C-H的化學位移進行計算，無生物活性構(gòu)象吡唑上C-H的化學位移為4.1ppm，有生物活性構(gòu)象吡唑上C-H的化學位移為4.8ppm。由于生物活性構(gòu)象的吡唑上C-H正對著吲哚的苯環(huán)，苯環(huán)上環(huán)電流的屏蔽效應使化學位移明顯增高。實驗結(jié)果與計算結(jié)果一致。

圖1 從數(shù)據(jù)中提取構(gòu)象和生物活性信號的應用于AZD5991的構(gòu)象分析

——大環(huán)藥物優(yōu)化——

合成大環(huán)是一種越來越有吸引力的模式的藥物發(fā)現(xiàn)項目。與無環(huán)支架相比，大環(huán)支架在維持口服生物利用度的同時，可以增強靶材的效力和對抗靶材的選擇性，提高代謝穩(wěn)定性和理化性質(zhì)。此外，與大多數(shù)無環(huán)小分子相比，大環(huán)最大的優(yōu)勢可能是它們能夠有效地結(jié)合大型、扁平、無特征、難以藥物結(jié)合的位點，如蛋白-蛋白相互作用(PPI)區(qū)域。另一方面，缺點可能是與非循環(huán)相對應的大環(huán)的合成挑戰(zhàn)增加了。因此，需要仔細的設計策略，以集中合成努力，并確定最佳的連接物，以環(huán)化成生物活性構(gòu)象。溶液1D NMR譜輔助提供溶液中自由配體的三維構(gòu)象信息，補充x射線蛋白配體結(jié)構(gòu)信息，可以對大環(huán)藥物設計有所幫助。如圖2，根據(jù)核磁結(jié)果與動力學信息對目標分子進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，對于圖2b中大環(huán)化合物17，在生物活性構(gòu)象的預組織作用下，親和度顯著。而對于圖2c中大環(huán)化合物3親和力的提高是由配體-蛋白相互作用增加的非速率動力學決定的，配體與蛋白arg28極性相互作用增加了蛋白質(zhì)的互補性，從而延長了停留時間，最終獲得了良好的BCL6抑制劑。

圖2 大環(huán)藥物BCL6優(yōu)化

——小結(jié)——

溶液中自由大環(huán)配體的核磁共振特征為藥物化學家提供了構(gòu)象靈活性和分子形狀的快速分析標記，可以指導先導優(yōu)化過程中的藥物化學設計決策。通過一系列化合物中的一維NMR構(gòu)象報告信號或更廣泛的信號指紋圖譜，可以評估構(gòu)象生物活性是否被保留或成功地賦予了新設計的分子，或者相反，配體是否采用了非生物活性構(gòu)象。方便有效地為大環(huán)藥物分子的優(yōu)化提供了新的信息。

參考文獻：

Balazs, AmberYS, et al. "Free Ligand 1D NMR Conformational Signatures to Enhance Structure Based Drug Design of a Mcl-1 inhibitor (AZD5991) and other Synthetic Macrocycles." Journal of medicinal chemistry (2019).

DOI: doi.org/10.1021/acs.jmedchem.9b00716