【试剂前沿】Science突破｜模块化硫(IV)试剂平台赋能张力释放共价药物的精准设计

共价药物通过与靶蛋白关键半胱氨酸残基形成共价键实现长效抑制，但传统丙烯酰胺弹头易引发脱靶反应。为突破这一瓶颈，作者团队设计了一类新型应变释放型共价反应基团（CRGs），其核心是将高张力的双环[1.1.0]丁烷（bicyclobutane, BCB）与硫(VI)官能团（磺酰基/亚磺酰亚胺基）结合，利用环张力驱动的选择性硫醇反应（图1）。

图1 基于张力释放策略的共价抑制剂设计思路与断键策略

研究首先开发了两种稳定的硫(IV)前体试剂——BCB-NH₂（1）和BCB-urea（2），可分别用于构建S–N连接型和脲连接型弹头（图2）。这些试剂能在药物分子合成的最后阶段，直接与复杂药效团中的伯/仲胺或芳胺发生高效偶联，无需改变母核结构，实现真正的“后期功能化”。

图2 S(IV)张力释放试剂的开发与S(VI)双环丁烷反应基团的合成路径

随后，团队将该策略应用于十余种临床相关共价抑制剂，包括EGFR抑制剂（afatinib、osimertinib）、BTK抑制剂（ibrutinib）及KRASG12C抑制剂（adagrasib）等，成功制备出对应的磺酰基/亚磺酰亚胺基-BCB类似物（图3）。值得注意的是，这类新型弹头对半胱氨酸表现出近乎绝对的化学选择性，在模拟生理条件下几乎不与组氨酸、赖氨酸等其他亲核氨基酸反应。

图3 脂肪胺类药物骨架的晚期功能化：S(VI)张力释放共价抑制剂的底物适用范围

更重要的是，尽管部分BCB类似物的固有反应性低于母体丙烯酰胺（如GSH半衰期更长），其在细胞和酶水平仍保持纳摩尔级抑制活性（图4A）。X射线晶体结构证实，BCB弹头能精准与EGFR的C797残基共价结合（图4C）。更关键的是，蛋白组学分析显示，BCB类似物的脱靶蛋白数量显著减少（如dacomitinib探针标记67个蛋白，而其BCB类似物仅标记14个）。

图4 S(VI)张力释放抑制剂的生化活性、晶体结构解析与蛋白组选择性评估

在体内实验中，EGFR抑制剂dacomitinib的BCB类似物30b口服后系统暴露量提升约4倍，且在HCC827异种移植瘤模型中以更低剂量（3 mg/kg）即可实现与原药（10 mg/kg）相当的肿瘤消退效果，且无明显体重下降等毒性（图5）。

图5 S(VI)张力释放抑制剂在小鼠模型中的药代动力学与体内抗肿瘤疗效

综上所述，这项工作建立了一套通用、高效的后期功能化平台，通过引入可调谐的应变释放弹头，实现了对传统丙烯酰胺的精准替代。不仅保留了原药的靶向效力，还大幅提升了选择性与成药性。研究证明：共价抑制的效率不仅取决于弹头反应性，更依赖于其在结合口袋中的空间取向与分子识别。该策略为开发更安全、更有效的共价药物开辟了新路径，具有广阔的临床转化前景。