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诺奖问答| 2022 年诺贝尔化学奖授予点击化学和生物正交化学，有哪些信息值得关注？******

　　相比起今年诺贝尔生理学或医学奖、物理学奖的高冷，今年诺贝尔化学奖其实是相当接地气了。

　　你或身边人正在用的某些药物，很有可能就来自他们的贡献。

　　2022 年诺贝尔化学奖因「点击化学和生物正交化学」而共同授予美国化学家卡罗琳·贝尔托西、丹麦化学家莫滕·梅尔达、美国化学家巴里·夏普莱斯（第5位两次获得诺贝尔奖的科学家）。

　　一、夏普莱斯：两次获得诺贝尔化学奖

　　2001年，巴里·夏普莱斯因为「手性催化氧化反应[1] [2] [3]」获得诺贝尔化学奖，对药物合成（以及香料等领域）做出了巨大贡献。

　　今年，他第二次获奖的「点击化学」，同样与药物合成有关。

　　1998年，已经是手性催化领军人物的夏普莱斯，发现了传统生物药物合成的一个弊端。

　　过去200年，人们主要在自然界植物、动物，以及微生物中能寻找能发挥药物作用的成分，然后尽可能地人工构建相同分子，以用作药物。

　　虽然相关药物的工业化，让现代医学取得了巨大的成功。然而随着所需分子越来越复杂，人工构建的难度也在指数级地上升。

　　虽然有的化学家，的确能够在实验室构造出令人惊叹的分子，但要实现工业化几乎不可能。

　　有机催化是一个复杂的过程，涉及到诸多的步骤。

　　任何一个步骤都可能产生或多或少的副产品。在实验过程中，必须不断耗费成本去去除这些副产品。

　　不仅成本高，这还是一个极其费时的过程，甚至最后可能还得不到理想的产物。

　　为了解决这些问题，夏普莱斯凭借过人智慧，提出了「点击化学（Click chemistry）」的概念[4]。

　　点击化学的确定也并非一蹴而就的，经过三年的沉淀，到了2001年，获得诺奖的这一年，夏普莱斯团队才完善了「点击化学」。

　　点击化学又被称为“链接化学”，实质上是通过链接各种小分子，来合成复杂的大分子。

　　夏普莱斯之所以有这样的构想，其实也是来自大自然的启发。

　　大自然就像一个有着神奇能力的化学家，它通过少数的单体小构件，合成丰富多样的复杂化合物。

　　大自然创造分子的多样性是远远超过人类的，她总是会用一些精巧的催化剂，利用复杂的反应完成合成过程，人类的技术比起来，实在是太粗糙简单了。

　　大自然的一些催化过程，人类几乎是不可能完成的。

　　一些药物研发，到了最后却破产了，恰恰是卡在了大自然设下的巨大陷阱中。

　　　夏普莱斯不禁在想，既然大自然创造的难度，人类无法逾越，为什么不还给大自然，我们跳过这个步骤呢？

　　大自然有的是不需要从头构建C-C键，以及不需要重组起始材料和中间体。

　　在对大型化合物做加法时，这些C-C键的构建可能十分困难。但直接用大自然现有的，找到一个办法把它们拼接起来，同样可以构建复杂的化合物。

　　其实这种方法，就像搭积木或搭乐高一样，先组装好固定的模块（甚至点击化学可能不需要自己组装模块，直接用大自然现成的），然后再想一个方法把模块拼接起来。

　　诺贝尔平台给三位化学家的配图，可谓是形象生动[5] [6]：

　　夏普莱斯从碳-杂原子键上获得启发，构想出了碳-杂原子键（C-X-C）为基础的合成方法。

　　他的最终目标，是开发一套能不断扩展的模块，这些模块具有高选择性，在小型和大型应用中都能稳定可靠地工作。

　　「点击化学」的工作，建立在严格的实验标准上：

　　反应必须是模块化，应用范围广泛

　　具有非常高的产量

　　仅生成无害的副产品

　　反应有很强的立体选择性

　　反应条件简单(理想情况下，应该对氧气和水不敏感)

　　原料和试剂易于获得

　　不使用溶剂或在良性溶剂中进行(最好是水)，且容易移除

　　可简单分离，或者使用结晶或蒸馏等非色谱方法，且产物在生理条件下稳定

　　反应需高热力学驱动力（>84kJ/mol）

　　符合原子经济

　　夏尔普莱斯总结归纳了大量碳-杂原子，并在2002年的一篇论文[7]中指出，叠氮化物和炔烃之间的铜催化反应是能在水中进行的可靠反应，化学家可以利用这个反应，轻松地连接不同的分子。

　　他认为这个反应的潜力是巨大的，可在医药领域发挥巨大作用。

　　二、梅尔达尔：筛选可用药物

　　夏尔普莱斯的直觉是多么地敏锐，在他发表这篇论文的这一年，另外一位化学家在这方面有了关键性的发现。

　　他就是莫滕·梅尔达尔。

　　梅尔达尔在叠氮化物和炔烃反应的研究发现之前，其实与“点击化学”并没有直接的联系。他反而是一个在“传统”药物研发上，走得很深的一位科学家。

　　为了寻找潜在药物及相关方法，他构建了巨大的分子库，囊括了数十万种不同的化合物。

　　他日积月累地不断筛选，意图筛选出可用的药物。

　　在一次利用铜离子催化炔与酰基卤化物反应时，发生了意外，炔与酰基卤化物分子的错误端（叠氮）发生了反应，成了一个环状结构——三唑。

　　三唑是各类药品、染料，以及农业化学品关键成分的化学构件。过去的研发，生产三唑的过程中，总是会产生大量的副产品。而这个意外过程，在铜离子的控制下，竟然没有副产品产生。

　　2002年，梅尔达尔发表了相关论文。

　　夏尔普莱斯和梅尔达尔也正式在“点击化学”领域交汇，并促使铜催化的叠氮-炔基Husigen环加成反应（Copper-Catalyzed Azide–Alkyne Cycloaddition），成为了医药生物领域应用最为广泛的点击化学反应。

　　三、贝尔托齐西：把点击化学运用在人体内

　　不过，把点击化学进一步升华的却是美国科学家——卡罗琳·贝尔托西。

　　虽然诺奖三人平分，但不难发现，卡罗琳·贝尔托西排在首位，在“点击化学”构图中，她也在C位。

　　诺贝尔化学奖颁奖时，也提到，她把点击化学带到了一个新的维度。

　　她解决了一个十分关键的问题，把“点击化学”运用到人体之内，这个运用也完全超出创始人夏尔普莱斯意料之外的。

　　这便是所谓的生物正交反应，即活细胞化学修饰，在生物体内不干扰自身生化反应而进行的化学反应。

　　卡罗琳·贝尔托西打开生物正交反应这扇大门，其实最开始也和“点击化学”无关。

　　20世纪90年代，随着分子生物学的爆发式发展，基因和蛋白质地图的绘制正在全球范围内如火如荼地进行。

　　然而位于蛋白质和细胞表面，发挥着重要作用的聚糖，在当时却没有工具用来分析。

　　当时，卡罗琳·贝尔托西意图绘制一种能将免疫细胞吸引到淋巴结的聚糖图谱，但仅仅为了掌握多聚糖的功能就用了整整四年的时间。

　　后来，受到一位德国科学家的启发，她打算在聚糖上面添加可识别的化学手柄来识别它们的结构。

　　由于要在人体中反应且不影响人体，所以这种手柄必须对所有的东西都不敏感，不与细胞内的任何其他物质发生反应。

　　经过翻阅大量文献，卡罗琳·贝尔托西最终找到了最佳的化学手柄。

　　巧合是，这个最佳化学手柄，正是一种叠氮化物，点击化学的灵魂。通过叠氮化物把荧光物质与细胞聚糖结合起来，便可以很好地分析聚糖的结构。

　　虽然贝尔托西的研究成果已经是划时代的，但她依旧不满意，因为叠氮化物的反应速度很不够理想。

　　就在这时，她注意到了巴里·夏普莱斯和莫滕·梅尔达尔的点击化学反应。

　　她发现铜离子可以加快荧光物质的结合速度，但铜离子对生物体却有很大毒性，她必须想到一个没有铜离子参与，还能加快反应速度的方式。

　　大量翻阅文献后，贝尔托西惊讶地发现，早在1961年，就有研究发现当炔被强迫形成一个环状化学结构后，与叠氮化物便会以爆炸式地进行反应。

　　2004年，她正式确立无铜点击化学反应（又被称为应变促进叠氮-炔化物环加成），由此成为点击化学的重大里程碑事件。

　　贝尔托西不仅绘制了相应的细胞聚糖图谱，更是运用到了肿瘤领域。

　　在肿瘤的表面会形成聚糖，从而可以保护肿瘤不受免疫系统的伤害。贝尔托西团队利用生物正交反应，发明了一种专门针对肿瘤聚糖的药物。这种药物进入人体后，会靶向破坏肿瘤聚糖，从而激活人体免疫保护。

　　目前该药物正在晚期癌症病人身上进行临床试验。

　　不难发现，虽然「点击化学」和「生物正交化学」的翻译，看起来很晦涩难懂，但其实背后是很朴素的原理。一个是如同卡扣般的拼接，一个是可以直接在人体内的运用。

「　　点击化学」和「生物正交化学」都还是一个很年轻的领域，或许对人类未来还有更加深远的影响。（宋云江）

　　参考

　　https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/2001/press-release/

　　Pfenninger, A. Asymmetric Epoxidation of Allylic Alcohols: The Sharpless Epoxidation[J]. Synthesis, 1986, 1986(02):89-116.

　　Rao A S . Addition Reactions with Formation of Carbon–Oxygen Bonds: (i) General Methods of Epoxidation - ScienceDirect[J]. Comprehensive Organic Synthesis, 1991, 7:357-387.

　　Kolb HC, Finn MG, Sharpless KB. Click Chemistry: Diverse Chemical Function from a Few Good Reactions. Angew Chem Int Ed Engl. 2001 Jun 1;40(11):2004-2021.

　　https://www.nobelprize.org/uploads/2022/10/popular-chemistryprize2022.pdf

　　https://www.nobelprize.org/uploads/2022/10/advanced-chemistryprize2022.pdf

　　Demko ZP, Sharpless KB. A click chemistry approach to tetrazoles by Huisgen 1,3-dipolar cycloaddition: synthesis of 5-acyltetrazoles from azides and acyl cyanides. Angew Chem Int Ed Engl. 2002 Jun 17;41(12):2113-6. PMID: 19746613.

如何判断自己是复阳还是二次感染？感染过奥密克戎的人群对XBB、BQ.1是否还有保护力？******

　　近期，有关新冠复阳、二次感染的话题引起网友热议，有些网友对此存在忧虑情绪。上海中医药大学附属龙华医院肺病科主任医师薛鸿浩对相关问题作出回答。

　　薛鸿浩解释，复阳是指感染者体内残存的病毒延迟性排出，这些病毒来源于第一次病毒感染；而二次感染是第一次感染康复后被另外一个来源的新冠病毒感染，这些病毒来源于外部感染。一般复阳都是发生在康复之后一个月内，通过核酸PCR检出病毒片段。如果已经超过一个月，核酸又呈阳性，则再感染的可能性比较大，二次感染相隔时间比较久，一般要几个月。

　　据介绍，复阳与二次感染之间症状也存在区别：复阳阶段症状都已经恢复好转，不需要医学上的治疗干预，病毒核酸处于偶尔能检出的状态。因为抗原的灵敏性比核酸低，用抗原检测试剂可能就检不出来。但是二次感染则不同，病毒会经历一个完整的感染周期，包括病毒载量上升、平台维持、下降和消失，因此二次感染病毒浓度会很高，抗原就能连续性被检出，通常会是非常明显的两条杠，也会有不舒服的症状。

　　薛鸿浩说，如果要简单区别是复阳或是二次感染，可通过使用抗原检测试剂。在彻底康复一周或两周后，如果怀疑二次感染，可用抗原剂连续检测三天。如果检测结果是阳性，则可能是二次感染。复阳一般很难检出残余的病毒片段，就算偶尔被检出，一般也不会是一直连续的阳性结果。

　　那么什么样的人群容易出现复阳或二次感染呢？薛鸿浩表示，在免疫功能正常的人群里，发生复阳或者二次感染的概率都是很低的。一般免疫功能正常的患者感染康复之后，可以获得3到6个月以上的保护力。在这段时间内发生二次感染的概率也非常低，只有当免疫保护力变低时才可能发生二次感染。如果是新的病毒变异株，变异株可以打破第一次感染形成的免疫保护，就容易发生二次感染。

　　此外，也有市民关心，不同毒株是否会造成重复感染或是更容易复阳？目前来看在我国还是以BA.5.2、BF.7为主，BQ.1和XBB尚未形成优势传播，但其传播优势会逐渐增加，和BA.5.2和BF.7以及其他50多个输入的亚分支，可能会形成一个共循环。XBB.1.5 的感染者ACE2结合亲和力几乎与 BA.2.75 相当，可能使 XBB.1.5未来像BA.2.75一样获得更多突变，不过XBB.1.5目前免疫压力不大，还不会很快进化。

　　薛鸿浩介绍，如果遇到这几种毒株，再次感染的概率主要取决于两方面：一方面是再次遇到的毒株与BA.5和BF.7有多少重叠，如果病毒一直变异，交叉保护作用降低了则可能造成感染；另一方面则是看人自身抗体水平，尽管感染新冠后短时间内比如三到四个月内不会感染，但不可否认的是，新毒株流行或缩短二次感染“安全窗口”，接种疫苗仍然是最主要的预防手段。

　　据了解，对于复阳和二次感染，中医药学说中也有对应理论可供参考。伏邪理论始源于《素问.生气通天论》中“冬伤于寒，春必温病”的论述，是指在冬天伤于寒邪，内有正气不足，在春天发为温病，与新冠二次感染的概念比较相像；《伤寒论中》又有“伤寒感复”的说法，瘥后伏热未尽，复感新邪，其病复作；中医学中也有“劳复”“房劳”“食复”的描述，提示阳康后的患者应当注意饮食作息以防疾病的复发。

　　薛鸿浩指出，中医药理论中伏邪、感复的理论与复阳、二次感染存在相符合或重叠之处，尤其在发病的认识上一者注重机体免疫力，一者注重人体正气，在提高人体对病毒的抵抗力层面上基本一致。且中医药在治疗及预防新冠上也有独到之处，日常生活锻炼、饮食作息是中医着重的部分，如平时要注意防寒保暖、清淡饮食、作息规律，保持平和心态、不要太过焦虑；要加强运动，可以通过八段锦、六字诀、太极拳等中国传统功法适度锻炼，增强体质，提高免疫力；还可通过中药或食疗调理身体的阴阳平衡，从而提高免疫功能，防治病毒。如体质偏气虚的成年人尤其老年人可适当服用西洋参、黄芪等，脾虚湿重体质者可服用薏米等健脾化湿的中药或食品。（记者 郜阳）

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）