先导化合物的发现是创新药物研发的起点，也是药物开发的难点。DNA编码分子库（DNA-encoded chemical library; DEL）技术作为一种新颖的高通量、低成本的先导化合物发现平台，引起国内外工业界与学术界的广泛关注。
编码方法是构建DNA编码分子库的核心问题之一，很大程度影响着分子库质量与最终筛选结果。目前最广泛的编码方法，是由葛兰素史克公司（GSK）开发的基于共价双链发卡形DNA“headpiece”的策略。这种稳定的双链DNA编码分子库结构满足了在合成方面设计简单、合成效率高等需求。然而，传统的双链“headpiece”策略在应用方面与具有多种潜力的单链DNA编码分子库不兼容。追求双链DNA编码分子库与单链DNA编码分子库的平衡成为一种重要趋势。
近期，重庆大学药学院李亦舟团队，基于前期在DNA编码分子库的合成和筛选领域的研究基础（Nat. Chem., 2018, 10, 441, 点击阅读详细; Nat. Chem., 2021, 13, 77），发展了一种单双链可控转换的分子库合成策略，巧妙地化解了这一难点。该种新型策略既能保证双链分子库高效合成，又能兼容单链分子库后续多样化应用。
该策略中，团队利用3-氰乙烯基咔唑核苷（3-cyanovinyl carbazole, CNVK）可与互补链上的胸腺嘧啶进行光调控可逆共价环加成的性质（在UV-A光照下交联，在UV-B光照下解离），设计了分子库合成策略的起始片段，并命名为“可逆共价起始片段reversible covalent headpiece (RCHP)”。光解离、核酸酶特异性降解与再次光交联的过程，能够实现双链DNA编码分子库与单链DNA编码分子库之间的往复可逆转换（图1）。
随后，研究团队利用编码自组装编码库（ESAC, Encoded Self-assembling Chemical Libraries）和DNA编码动态库（DEDL, DNA-Encoded Dynamic Libraries)体系验证了该编码方法的通用性。鉴于CNVK介导的共价组装，自组装编码分子库首次得以用质谱的方式进行精细的表征（图2）。
值得注意的是，通过RCHP构建的分子库具有能形成“靶标-共价探针-编码DNA的三元共价复合物”（ternary covalent complex，TCC）的独特性质。研究团队将该性质应用于分子库筛选中，从而在复杂的生命体系中，实现了非固载靶标的活性先导化合物筛选（图3）。
这一成果近期发表在Angew. Chem. Int. Ed.上，文章的第一作者是重庆大学研究生赵桂贤和钟书婷。研究内容属于在实质审查阶段的中国专利（CN112760720A）。该研究获得了国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费、重庆市研究生科研创新项目、重庆市杰出青年基金、重庆市自然科学基金面上项目、重庆市创新群体、中国博士后科学基金的资助。
Reversible Covalent Headpiece Enables Interconversion between Double- and Single-stranded DNA-encoded Chemical Libraries
Guixian Zhao+, Shuting Zhong+, Gong Zhang, Yangfeng Li and Yizhou Li*
Angew. Chem. Int. Ed., 2021, DOI: 10.1002/anie.202115157
李亦舟，重庆大学药学院教授，博士生导师，副院长。2009年于北京大学取得学士学位；2014年于北京大学取得博士学位；2014年至2017年在瑞士苏黎世联邦理工大学开展博士后工作，2017年9月起就职于重庆大学，历任研究员、教授。获2021年重庆青年五四奖章。
李亦舟教授课题组的研究领域是药物化学生物学，主要面向以核酸编码分子库（DNA-encoded library）筛选技术为手段的新药先导化合物研究。李亦舟教授先后以共同通讯作者或第一作者身份在Nature Chemistry（2 篇）、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.等化学领域国际著名学术刊物上发表多篇药物化学生物学与化学遗传学的研究论文，并在Nature Chemistry发表综述论文（1 篇）。
https://www.x-mol.com/groups/li_yizhou
Q：这项研究最初是什么目的？或者说想法是怎么产生的？
A：我们的研究兴趣是基于DNA编码分子库技术探讨药物化学生物学的科学问题。在过去的近三十年中，不同制药巨头公司与学术团队开发了多种DNA编码分子库合成技术，各有特色，然而从合成和应用的实际角度，缺乏一种通用的方法兼顾合成的高效性与应用的多样性。为此，我们想尝试打破这一僵局，从最根本的DNA的单双链结构出发，开辟一条单双链DNA可控转变的理想途径。
A：本项研究中最大的挑战是如何高效实现DNA链间的交联、解离与链置换，以实现分子库的单双链DNA可控转变。此外，这项研究的应用拓展涉及多个体系，每个体系的考察都需要严谨的设计。研究生同学也尝试并优化了大量的实验条件。
在这个过程中，我们团队在分子库构建与筛选方面的前期积累也发挥了重要作用。
Q：该研究成果可能有哪些重要的应用？哪些领域的企业或研究机构可能从该成果中获得帮助？
A：该单双链可控转换的DNA编码分子库在分子库合成与应用方面均表现优异。我们相信这项研究成果为DNA编码分子库的合成提供了一种合成效率高、应用场景广的新途径，为复杂的生命体系深入研究提供更灵活的物质基础保障。接下来我们将用该策略进行真实分子库的构建，推动其工业化应用，助力中国原创新药研发。
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