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骨架躍遷:新框架,同樣的握手

有時問題出在整個核心,而非某一個基團。骨架躍遷在保留藥效團位置的同時替換中心框架——以繞開專利、規避缺陷或開闢新的化學。

替換框架,而非特徵

骨架躍遷是「保留藥效團、改變化學」的最大膽版本。你不是替換某一個外圍基團,而是把整個中心骨架——把一切固定在一起的環系或連接子——替換成一個結構上截然不同的骨架,同時把藥效團特徵保留在相同的三維位置。做得好的話,新分子會與靶點以完全相同的方式握手,儘管化學家絕不會猜到這兩者有關聯。

為什麼要冒這麼大的險?三個常見原因:為繞競爭對手的專利而設計(新骨架可成為新的化學系列)、為擺脫嵌入核心本身(而非其取代基)的缺陷,以及為開闢一條不同且往往更容易的合成路線。額外的好處是,全新的骨架有時能以任何單個取代基都做不到的方式改善成藥性

化學家如何躍遷

從保守到激進有一個譜系。開環與閉環、雜原子調換、環系替換是溫和的躍遷。拓撲或「基於形狀」的躍遷只保留三維特徵排列,讓連接原子完全不同。搜尋引擎就是你的藥效團模型:定義必需的特徵及其幾何,然後詢問還有哪些框架能展示它們。

  1. 構建藥效團:從你的活性分子出發,固定必需特徵及其間距——這是基於配體的錨點。
  2. 搜尋能以相同幾何呈現這些特徵的替代骨架——通過形狀/藥效團篩選或從頭設計
  3. 若有靶點結構,用分子對接對接候選框架,確認特徵仍能觸及它們的配對(基於結構的檢驗)。
  4. 合成幾個代表物並測試——只有當活性在躍遷後存活,真正的躍遷才被確認,而非在螢幕上。

優勢框架與剛性

有些骨架在許多藥物中反覆出現,因為它們能乾淨地展示特徵並表現良好——即優勢結構,如苯二氮䓬、聯苯或吲哚。它們是躍遷的好落腳點,因為其性質已被充分理解。躍遷也是引入構象限制的機會:一個把特徵鎖定在生物活性構象的剛性新核,可以回收結合並提升活性。