摘要：当今药物研发领域广泛使用光活化亲和探针(PAPs)作为重要工具，以揭示药物与目标蛋白结合的机制，发现新的药物作用靶点。其中，双吖丙啶（diazirine）类光活化试剂是应用最广泛的一类。

当今药物研发领域广泛使用光活化亲和探针(PAPs)作为重要工具，以揭示药物与目标蛋白结合的机制，发现新的药物作用靶点。其中，双吖丙啶（diazirine）类光活化试剂是应用最广泛的一类。

简介

双吖丙啶，一种具有三元环结构且含有两个氮原子的有机化合物，最初被用于碳烯前体的光谱研究。随后，它被广泛应用于光亲和探针（PAPs）领域。在紫外线照射下，双吖丙啶能够生成高活性的碳烯，并与周围分子形成共价键。这独特的机制使其能够高度选择性地标记靶点蛋白，并描绘蛋白-配体结合位点图谱。

目前，双吖丙啶类光活化试剂主要分为两大类：

1. 脂肪族双吖丙啶

2. 三氟甲基苯基双吖丙啶（TPDs）

相对于其他PAPs如苯二酮和芳香叠氮化物，双吖丙啶具有光损伤小、选择性高的优势，因此备受药物化学领域的喜爱。

● 早期的脂肪族重氮烷烃因存在1,2-氢重排反应而受到限制，从而影响了且应用的发展。

● 在1973年，Knowles团队研究发现3-苯基双吖丙啶的分子内重排趋势减弱，可以优化其光解性能。然而，其光解主要产生为重氮物，于与亲核物反应前从活性位点扩散，实现非特异性标记。

● 1980年，Brunner等人将三氟甲基苯基二氮杂环丁烷（TPD）替代为更适合的原料。由于TPD中三氟甲基的退电子特性，降低了扩散反应的发生。尽管碳烯自旋态的反应性和各种取代基的影响尚且不明，不过重氮交联特性依然不可置否。

● 脂肪族和三氟甲基苯基双吖丙啶越来越受到科研人员的欢迎，也拓展了其广泛的应用领域。

应用

在药物研发中，确定合适的靶点一直是一个具有挑战性和痛点的任务。然而，双吖丙啶类光亲和探针为我们提供了一条明确的道路。这种探针已经成功应用于配体靶标的识别、结合位点图的绘制、研究蛋白质之间的相互作用，以及进行活细胞成像。令人兴奋的是，一些双吖丙啶氨基酸甚至可以被细胞合成系统识别，嵌入到蛋白质中，从而实现对靶点的共价标记。

1. 识别配体靶标：

利用与特定配体的结合来识别目标蛋白，有助于确定分子的功能目标和发现潜在的药物作用靶点。同时，具有叠氮基团的氨基酸能够被本地细胞转录机制所识别。

2. 绘制结合位点图：

研究人员可以通过标记蛋白质结构上的结合位点，绘制配体与蛋白质相互作用的位点图，进一步深化对底物结合和催化机制的理解。

3. 研究蛋白质相互作用：

在蛋白质之间的相互作用研究中，双吖丙啶常作为探针使用，包括蛋白质与蛋白质的相互作用、酶与底物的结合等，表明生物体内复杂的生物分子网络。

4. 活细胞成像：

以标记靶向物质或靶标蛋白的途径，应用于活细胞成像，达到对细胞内生物分子的可视化观察，协助研究人员深入探讨细胞功能、疾病进程等方面的问题。

合成

尽管双吖丙啶因其优越性而备受药物化学家推崇，但其合成过程并不没想象中的容易。例如TPDs，其合成需要至少4步反应，导致总产率较低。相较之下，脂肪族双吖丙啶的合成则简单得多，酮在液氨中的发生氨解反应后，再通过环化等一锅法即可完成。通过Wang课题组对反应条件的优化，总产率已提高至81%，为双吖丙啶的拓展应用提供了更高的可行性。以下是TPDs和脂肪族双吖丙啶的合成路线设计。

双吖丙啶的光活化

用于合成脂肪族双吖丙啶的典型路线

TPD合成路线

3,3-偶氮-1-丁醇用于合成获得专利的磷脂光亲和探针

脂肪族双吖丙啶的典型官能团相互转化

炔基双吖丙啶探针和石杉酮合成实例

、

环丙烯光链接物的合成及其在活细胞成像中的应用

获取光亮氨酸的四种常见合成路线

三氟甲基脂肪族双吖丙啶化合物的合成

Boc-和 Fmoc-保护的 L-光脯氨酸的合成

TPD醛类的反应

TPD苯胺的反应

酸性条件下的 TPD 反应

TPD与正丁基锂的反应

碱性条件下的TPD反应

TPD的金属催化偶联反应

小结

早前合成双吖丙啶光活化交联剂的方法产量通常较为有限，面临一系列挑战。然而，近年新颖合成方法的出现极大地提升了产量，并大幅减少了所需合成步骤，为该领域带来革命性的变化。这些新方法无疑将在未来得到广泛应用。当前已成功合成众多含有双吖丙啶的氨基酸，包括蛋白源和非蛋白源的。其中，光亮氨酸和光蛋氨酸等的合成方法经过不断优化后，合成路线变得更为简短，产量也显著提高。然而，至于高产率双吖丙啶的合成，仍存在改进的可能性，需要采取新型的开发方法。因此，设计更为高效的合成策略将成为一个备受瞩目的发展方向。

双吖丙啶光亲和探针目前涉及到应用已十分令人振奋，证明这些分子的化学性质已得到合理开发。为了充分发挥这项技术的高效潜能，科学家们将不遗余力持续推动合成方法的拓展，同时缩短合成过程，助力创造化学及药物研发领域的新奇迹。

参考文献

James R. Hill† and Avril A. B. Robertson. Fishing for Drug Targets: A Focus on Diazirine Photoaffinity Probe Synthesis. J. Med. Chem. 2018, 61, 6945−6963. https://doi.org/10.1021/acs.jmedchem.7b01561

来源：科学小凯