研究进展：生物正交裂解反应已成为精确地控制生物功能的强大工具，四嗪（Tz）触发的可裂解的反式环辛烯（TCO）的消除具有高反应速率、多功能性和选择性。在过去的十年中，生物正交化学的范围逐步扩大，不仅包括连接反应，还包括键断裂的创新策略。随着这些方法向临床应用的发展，Tz/TCO键断裂的范围逐步扩大，使其越来越多地应用在化学生物学和药物化学中。但该反应的应用仍受到诸多限制，TCO连接的成像探针的点击切割导致了生物正交关闭。 解决方案：基于以上问题，本文作者开发了一种新方法，将芳基Tz（高IEDDA反应性）和Tz酸（增强释放）组合起来，在Tz附近的芳基取代基上引入的羟基可以通过充当分子内质子供体和受体来增强互变异构和消除，因此，苯基和吡啶基取代的四嗪可以转化成羟基化的“生物正交剪刀”，使得点击反应快速进行（图1）。实验结果表明，双-羟基吡啶基-Tz 5的点击反应（PBS，37 °C）的二级速率常数rTCO和cTCO分别为1500 M-1 S-1和3400 M-1S-1，与触发伯胺或仲胺完全释放的PA 2相比，示反应性增加至少120倍（图2）。基于这些发现，作者在活细胞中实现了cTCO笼状前药的有效原位活化和rTCO笼状荧光探针的线粒体内切割，有力地证明了双羟基吡啶基-Tz 5的上级点击释放性能（图3）。![]()
图1：（A）Tz/TCO点击释放的机制；（B）Tz 1和Tz 2促进rTCO和cTCO的点击释放；（C）导向基团通过加速点击后互变异构化来增强释放；（D）结合导向基团的特征和反应性增强取代基用于羟基芳基-Tz的设计；（E）由羟基-芳基取代基参与的互变异构和消除机制。
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图2：（A）在乙腈和PBS中，通过停流分光光度法测定Tz 1-6与rTCOPEG 4（8）反应的二级速率常数；（B）Tz 1、3、5和6与cTCO-PEG 4（10）在PBS中反应的二级速率常数。
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图3：（A）Tz-触发的cTCO-笼状CA 4-前药20的的生物正交活化；（B）与母体药物CA 4相比，用前药20处理HT 1080纤维肉瘤细胞显示出显著更高的IC 50（1000 nM）；（C）在用（i）前药20、（ii）Tz 5、（iii）20 + 5和（iv）CA 4处理后，用Hoechst 33342（蓝色，细胞核）和SiR-微管蛋白（红色，微管）染色的HT 1080细胞的荧光显微镜检查，证实了释放的CA 4在细胞水平的抗有丝分裂作用。
结论：本文作者引入羟基芳基取代基作为导向基团，使得能够开发生物正交Tz剪刀，用于具有优异的反应动力学的高效点击释放。此外，通过加入芳基-OH基团，实现了点击反应机制的分子内控制。作者目前正在探索的策略，有望最终推进生物正交Tz/TCO键裂解达到更高水平。参考文献：Martin Wilkovitsch et al. Transforming Aryl-Tetrazines into Bioorthogonal Scissors for
Systematic Cleavage of trans-Cyclooctenes. Angew.
Chem. Int. Ed. 2024, e202411707.
