APN-431

小分子药物研发的起点，是苗头化合物的发现与选择。一个质量不佳的苗头，往往会在后续优化中遭遇活性、选择性、药代性质的多重瓶颈，最终导致临床失败。过去数十年，高通量筛选（HTS）与虚拟筛选是主流的苗头发现策略；而近年来，基于片段的药物发现（FBDD）凭借更高的配体效率、更优的成药性起点与更低的研发成本，正被越来越多的药企纳入核心苗头发现体系。 2021 年，Domainex 药物研究执行总监 Ray Boffey 撰文系统阐述了 FBDD 的应用价值、片段苗头扩增的方法学，以及流动化学在加速构效关系构建中的独特作用，为药物化学家的工具箱升级提供了清晰的实践路径。一、从高通量到片段化：FBDD 的核心优势 片段是一类低分子量的有机小分子，通常与生物靶标的结合力较弱（微摩尔到毫摩尔级别），但结构精简、原子利用率高。药物化学家以这些弱结合片段为起点，通过结构扩增与修饰，最终得到亲和力、选择性均优于传统 HTS 来源的先导分子。 与传统类先导化合物库筛选相比，FBDD 具备三方面核心优势：配体效率更高 片段苗头的结合能更多由必要的相互作用贡献，不存在冗余原子或基团，后续优化更易维持优良的成药性，避免 HTS 常见的 “分子臃肿” 问题。研发成本更低 初始筛选仅需数千个化合物，远低于 HTS 所需的数万到上百万个，对预算有限的生物技术公司十分友好。项目周期更短 传统 HTS 从方法建立到完成筛选通常需要 6 个月以上，而 FBDD 项目包含分析方法优化与筛选在内，仅需 6 周即可完成。二、FragmentBuilder：一站式 FBDD 服务平台 作为一体化药物发现 CRO，Domainex 搭建了名为 FragmentBuilder 的完整 FBDD 服务体系，图 1 呈现了该平台的完整工作流程。 平台覆盖从上游筛选到下游优化的全链条能力： 上游：蛋白表达与表征、分析方法开发与筛选、自有片段库、正交技术验证； 结构解析：X 射线晶体学明确片段结合位点与结合模式，指明结构扩增方向； 下游：药物化学团队完成苗头到先导的系统优化。 平台配套 FACE（化学评价片段类似物）与 NICE（高价值化学实体）数据库，支持快速的类似物检索与采购。标准交付周期在 6 个月以内，可获得至少 1 组苗头系列，满足：低微摩尔级活性、配体效率（LE）≥0.35、良好的理化性质、高分辨率结合结构数据、结构新颖性。三、高质量片段库：FBDD 成功的基石 片段库的设计质量直接决定筛选结果的多样性与成药性潜力。Domainex 的内部片段库包含 1000 余个化合物，经过多维度的严格遴选。 图 2 展示了该片段库的多项理化性质分布，涵盖分子量分布、氢键受体数量、AlogP 等关键参数，整体符合经典的片段化学空间规则：低分子量、有限的氢键供体与可旋转键、适中的亲脂性。 该片段库的设计亮点包括： 采用多参数评分函数筛选化合物，确保分子处于最优片段化学空间；通过分子指纹与 ChEMBL 数据库中的生物活性片段比对，保证对生物活性空间的良好覆盖；引入 SpiroChem 的富 sp³ 片段，提供新颖的起始点，快速进入未被充分探索的化学空间；所有化合物均保证在 1% DMSO 中 1 mM 的溶解度，满足筛选的实验要求；高、中、低 sp³ 含量的化合物均衡分布，避免传统药物化学常见的 “扁平化” 分子偏向，让靶标本身的偏好决定苗头结构，而非化学反应的可及性限制筛选结果。四、多技术联用：精准捕捉弱结合的片段 片段与靶标的结合力普遍较弱，对检测技术的灵敏度与可靠性提出了很高要求。Domainex 采用多种生物物理技术联用的策略，通过正交验证有效排除假阳性，确保筛选结果的准确性。 图 3 给出了同一 G9a 片段苗头在两种检测技术下的结合数据：左侧为 Creoptix WAVEdelta 系统通过光栅耦合干涉（GCI）技术获得的 waveRAPID 动力学曲线，测得 KD 值为 499 μM；右侧为微量热泳动（MST）技术的检测结果，测得 KD 值为 460 μM，两种方法结果高度吻合，验证了结合的真实性。 平台核心筛选技术体系包括：光栅耦合干涉（GCI） 基于 Creoptix WAVEdelta 平台，原理类似表面等离子体共振（SPR），可实时获得结合动力学参数；微量热泳动（MST）与温度相关强度变化（TRIC） 基于 NanoTemper 仪器，均相体系下检测结合，无需固定蛋白，适用范围更广；均相时间分辨荧光（HTRF） 在部分体系中可作为稳健的高通量补充方法。五、片段苗头扩增：流动化学加速构效关系构建 获得片段苗头后，核心任务是通过结构扩增与修饰，提升亲和力与选择性，同时维持优良的成药性。Domainex 秉持 “每一个化合物都有价值” 的理念，在设计阶段即综合考虑活性、选择性、药代与毒理属性，从源头降低后期失败风险。 为加速 “设计 - 合成 - 测试” 循环，团队将流动化学纳入合成能力体系，采用 Vapourtec E 系列流动反应器。与传统釜式反应相比，流动化学可实现对反应温度、压力、停留时间等参数的精准控制，不仅能提升反应活性、开发新的转化路径，还能快速生成化合物阵列，高效构建构效关系（SAR）。 这种合成技术升级，让片段扩增阶段的化合物制备效率显著提升，能够在更短时间内完成多轮结构优化，快速将弱活性的片段推进到高活性的先导化合物。六、实战验证：Cbl-b 抑制剂研发项目 这套 FBDD 平台已在多个合作项目中得到落地验证。在与 APEIRON Biologics 合作的 E3 连接酶 Cbl-b 抑制剂项目中，团队运用多种生物物理技术系统解析了苗头化合物的结合亲和力、作用机制与选择性，成功推动项目进入先导优化阶段。 APEIRON Biologics 首席执行官 Peter Llewellyn-Davies 表示，公司选择与 Domainex 深化合作推进 APN431 项目，正是看重其在结构导向药物化学与分析方法开发方面的深厚积累，为免疫肿瘤管线的快速推进提供了有力支撑。该小分子项目与公司已有的 I 期临床细胞疗法 APN401 形成互补，为 Cbl-b 靶点提供了双路径研发布局。总结 基于片段的药物发现并非对传统筛选方法的简单替代，而是从分子设计底层逻辑出发的效率升级。它以更高的配体效率、更可控的成药性、更低的筛选成本，为药物化学家提供了更灵活的苗头发现选项；而流动化学等合成技术的融入，进一步打通了从筛选到优化的全流程效率瓶颈。 正如文中所强调，真正推动药物研发管线前进的，不是单纯的筛选化合物数量，而是对新技术的精准、组合运用。在研发团队精简化的行业趋势下，具备一体化能力的 CRO 将成为药企高效推进新药研发的重要合作伙伴，而这种快速、灵活的研发合作模式，在特殊公共卫生背景下更凸显出其价值。