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新发现的“神奇甲基化”方法前途无量
人们早就发现，某些药物经过甲基化处理后，药效可提升2000倍。多年来，开发新药的科学家们一直想要简化将药物甲基化的方法。
甲基化反应将单个氢原子置换成甲基，重塑药物分子使药物更容易与靶标相互作用。但是，甲基化说得简单，实现起来是如此困难，以至于很少研究者尝试。现在，一个科学团队报告说，他们发现了一种新型催化剂，可以轻松地对各种各样的类药物分子进行精细的甲基化，这一发现可能会促进从癌症到传染性疾病等各种疾病的药物治疗。
密歇根大学的有机化学家蒂姆·塞纳克(Tim Cernak)说：“这篇论文真是令人惊叹。” 在此之前，催化甲基化的过程是昂贵且费时的多步骤方法，而新型催化剂可通过一个简单的步骤来促进反应。蒂姆说：“这是每个药物研发者的心愿。” “这是一个梦寐以求的反应。”
伊利诺伊大学的有机化学家克里斯蒂娜·怀特(M. Christina White)解释说，大多数药物分子都包含一个杆状或环状的碳原子骨架，碳原子上连接有若干个氢原子。科学家就像分子外科医生，将特定的碳或氢原子切掉，并用氧或氮原子代替。如果研究人员想要添加一个令药物疗效成倍上升的神奇甲基，他们通常必须从头开始构建一个新的碳链骨架。
怀特想找到在碳链上直接添加甲基的方法。为此，需要一次去掉一个碳氢(CH)键，而又不能使分子中的另外十二个或更多CH键断裂。怀特说，更困难的是，CH键是有机分子中最强的键之一，很难只改变一个键而不影响其他键。
怀特说，大自然以“完全不同的方式”构建和重塑分子。生物化学反应是利用复杂的酶进行的，这些酶可以与碳氢化合物的骨架结合，因此可以实现只有一个CH键在酶的催化位点(即发生反应的位置)反应。但是，生物酶促反应具有高度的专一性，即每种酶通常仅与一个特定的分子起作用。怀特说：“如果我要研究不同的分子，我就需要一种新的酶。” “我们希望找到具有通用性的促甲基化酶。”
为了找到这种催化剂，2007年，怀特和当时研究生马克·陈(Mark Chen)设计了一种雪花状的化合物，其中心有一个铁原子，该催化剂可将氧原子添加到药物分子中的目标位置。但是，它无法在许多分子结构上起作用，比如当靶点附近连接有氮原子时，而这种情况在药物分子中很常见。
但是怀特的团队坚持了下去。2019年，她们创造了一种类似的锰基催化剂，该催化剂对含有氮的类药物分子也可进行氢氧交换。
但这只是第一步。现在，怀特的团队报告说，他们已经发现了新的催化剂，可以完成“神奇甲基化”工艺。用氧代替氢后，新型催化剂会将三甲基铝的甲基与含氧基团交换。研究人员最近在《自然》杂志上报道说，怀特的团队对41种不同的碳氢化合物进行了这种分子手术，其中包括16种常见的类药物支架。
怀特说，这种催化剂将使药物研发者更简单而便宜地将“神奇的甲基”基团插入分子中，“我们希望能发现更多添加甲基后有神奇疗效的药物。”
阿斯泰克斯制药公司Astex Pharmaceuticals首席科学官大卫·里斯David Rees说，这可能会出现“药物大发现”。如果添加甲基确实会增加药物的效力，医生可以减少药物用量，提高药物安全性并减少副作用。里斯说，他认识的制药商，“每个人都对此感到兴奋。”
本文译自 Science | AAAS，由 Mork 编辑发布。