基于叠氮-炔环加成反应的点击化学，被广泛应用于有机化学、药物化学、化学生物学、分子生物学、细胞生物学等多学科领域。铜催化叠氮-炔点击化学反应是一类高效的生物正交反应，但铜催化体系在生物体系中具有较差的生物相容性。环张力炔基如DBCO、BCN等可以在无铜催化的温和条件下实现叠氮-炔基的环加成，极大地促进了点击化学在活生物体系中的应用。
中科院上海药物所黄蔚研究员和杨伟波研究员合作，发现环张力炔基DBCO结构可以在酸性条件下重排丧失其点击化学反应活性。随后，该团队发现银试剂AgNTf2或AgOAc可以在中性条件下促进DBCO快速重排生成四环产物。不同于酸催化，银试剂催化DBCO结构重排不利于产生自身酰化四环产物，而且当反应体系有胺类化合物时，会发生转酰胺反应，形成新的酰胺产物。在此过程中，银试剂催化转酰胺反应具有“笼缚”酰化试剂属性：无催化剂条件下其酰化活性“束缚”在DBCO“笼状”结构中，而在银催化下从“笼”中释放其酰化能力。在与叠氮基团的竞争反应中，银试剂催化转酰胺反应效率远高于叠氮点击化学反应，酰化产物产率高达95%。
图1、DBCO的点击化学反应性操控：（1）与叠氮的无铜催化环加成反应；（2）酸催化重排反应；（3）银催化转酰胺反应。
研究团队选择了不同的含有氨基的小分子化合物、多肽、糖肽、蛋白、糖蛋白等，对该反应进行了底物反应活性和选择性的探索（图2）。研究发现，银催化条件下，DBCO可以快速的酰化氨基官能团；对三种包含20种天然氨基酸的多肽底物研究发现，DBCO酰化反应高选择性地发生在Lys的氨基上，而不影响其他氨基酸。同时，银催化DBCO酰化反应可以高效地修饰糖肽、BSA蛋白、糖蛋白RNase B 和IgG抗体等，表现出较好的底物适用性。此外，银催化酰化反应可以实现Ph.D.12商业噬菌体库的修饰且不影响噬菌体侵染活力，说明该方法具有应用于活生物体系中的潜力。
图2、银催化DBCO转酰胺反应的底物适应性。DBCO结构包含Succinyl-DBCO、FITC-DBCO、Cy5-DBCO等；氨基底物包含氨基酸、多肽、糖肽、蛋白、糖蛋白和噬菌体。
进一步地，该团队设计了一种DBCO标记的抗体Fc靶向肽，实现了抗体上特定Lys的定点酰化修饰（图3）。利用靶向肽与抗体Fc的亲和力，将其DBCO标记基团运输到K249附近，在此过程中，DBCO的酰化活性处于“笼缚”状态而不会与抗体发生随机偶联。然后，在银催化下，DBCO重排，相应酰基选择性地修饰Fc区域的K249，高效实现了抗体的定点偶联，为定点抗体药物偶联物的设计提供了新的方法与思路。
图3、DBCO标记的Fc靶向肽应用于曲妥珠单抗上K249的定点偶联
综上所述，银催化下DBCO重排酰化反应，改变了DBCO的点击化学反应性，从一个叠氮点击反应试剂，转变为高效、温和、可控的“笼缚”酰化试剂，且具有很好的生物兼容性，可以应用于多肽、糖肽、蛋白、糖蛋白、噬菌体等多种生物活性底物。此外，DBCO标记的Fc结合肽可以选择性地酰化抗体上的特定Lys，实现抗体的定点偶联。该方法在化学生物学领域具有广泛的应用前景，可以用于配体导向的靶蛋白定点修饰、配体-受体共价捕获、相互作用蛋白-蛋白交联等。
论文信息：
Manipulating the click reactivity of dibenzoazacyclooctynes: from an azide cliker to a caged acylation reagent
Shi, W.; Tang, F.; Ao, J.; Yu, Q.; Liu, J.; Tang, Y.; Jiang, B.; Ren, X.; Huang, H.; Yang, W.*; Huang, W.*
Angewandte Chemie International Edition
DOI: 10.1002/anie.202009408
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