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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.

发挥好中医抗疫的作用******

　　核心阅读

　　不同的人感染上病毒以后，产生的临床表现是不一样的。中医就是根据这些表现再结合当时的气候、地域情况进行治疗，即“天地人”合参，所以中医不畏惧病毒变异。

　　当新冠感染患者转为危重症，中医药依然可以发力。这时候需要中西医联手，中西医结合，发挥出“1+1＞2”的效果。

　　我们前段时间在北京方舱治疗了1000多例轻型患者，用上中药后都取得了很好的效果，降低了转重率。

　　变异株XBB.1.5是否引起大范围腹泻还属未知。如果新变异株感染表现除呼吸系统外，还以腹泻为主，中医药治疗也会有办法。

　　当前，新冠病毒感染造成的疫情还在持续。到底该如何认识这轮疫情以及接下来的形势？人们在感染新冠病毒之后如果出现了比较严重的症状，该如何治疗？针对这些热点问题，本报记者专访了北京中医药大学东直门医院主任医师、北京中医药大学肝病研究院院长、原赴武汉国家中医医疗队领队叶永安，请他解疑释惑。

　　“天地人”合参，中医不畏惧病毒变异

　　记者：中医如何看待新冠病毒感染？中医药能否应对、如何应对？

　　叶永安：纵观中国历史，一部中医史就是一部抗疫史。3000多年来，发生的瘟疫就有500多次。随着病毒的变异，疫情的一波波涌现，我们还需要与新冠病毒继续作斗争。即使新冠病毒消失了，过些年新的病毒还会出现，这不以人类的意志为转移。

　　几千年来，中医一直庇护着中华民族。人类正是在长期与疾病（包括病毒）做斗争的过程中成长和壮大起来的。不同的人感染上病毒以后，产生的临床表现是不一样的。中医就是根据这些表现再结合当时的气候、地域情况进行治疗，即“天地人”合参，所以中医不畏惧病毒变异。

　　历史经验告诉我们，中医也是在不断与疾病尤其是与疫病（即传染病）做斗争的过程中形成经验而传承和发展下来的，说明面对病毒中医可以应对，也能够应对。武汉抗疫是中医及中西医结合抗击疫情的一次生动实践，已经过去近3年了，其中很多经验值得回顾与借鉴，当然，还要结合现在的“天地人”的变化而作相应的调整，这也是中医取得疗效的根本之所在。

　　若发病早期就用上中药，不少人可以避免白肺

　　记者：我们看到，有患者出现白肺现象，这是怎么造成的？中医药如何进行针对性治疗？很多人“阳康”之后产生乏力、咳嗽不断、睡眠差等症状，这是否是新冠感染的后遗症？该如何调理以防止后遗症的困扰？

　　叶永安：当肺部的炎症比较重，渗出比较多的时候，也就是肺的白色影像区域面积达到了70%、80%，在临床上俗称为白肺，一般高龄合并有严重基础疾病的患者可能会出现。如果在发病早期就用上中药，不少人是可以避免的，或者即使发生也会比较轻。关键是尽早发现，在医生的指导下及时准确用药。

　　实际上，从国家层面到各省市都有一些中医治疗的指导意见出台，是可以参照使用的，关键是患者与大夫的及时对接。处理好轻症居家、重症到医院的关系，既不要造成医疗资源挤兑，也不能耽误重症救治。

　　一些人“阳康”之后产生乏力、咳嗽不断、睡眠差等症状，这是病毒感染造成人体的伤害，有一个恢复的过程。做到起居有时、饮食有节、避免过劳，一般在短时间内能够恢复。症状偏重一点的，在确认肺部及其他脏器检查正常情况下，可以服一些中药帮助恢复。

　　基本病理机制不变，中医就可维持原治疗方案

　　记者：有患者在“阳康”一段时间后又“复阳”了，中医药有没有办法防止这种情况的出现？面对新冠病毒毒株不断变异的情况，中医药如何应对？怎样随时调整？“三药三方”是否还管用？能否对不同地区不同毒株混杂传播的局面来个“一揽子解决”？

　　叶永安：“复阳”指感染者症状基本消失，核酸或抗原检测阴性了之后，再次检测又发现阳性了。一般认为这时检出的是一些病毒的片段，并不是完整的病毒。一般的复阳都是发生在康复之后一个月内。如果已经超过一个月，核酸又呈阳性，再感染的可能性就比较大。如果是再感染了，中医药也可以治疗。前面说到中医治病是治疗感染病毒的人，不管病毒怎么变，中医都能辨证施治。

　　因时、因地、因人制宜，基本病理机制不变，中医就可以维持原治疗方案。若基本病理机制变了，就要因时因人而变。据此，“三药三方”可以继续使用，但对于一些重症患者要根据具体情况由医生来研判。依据这样的基本思路，对不同地区不同毒株混杂传播的局面应进行辨证施治。

　　老人一有发热咳嗽症状，要尽早用上中药

　　记者：目前的疫情给有基础病的老年人造成威胁。该如何保护这个脆弱的群体？

　　叶永安：我们看到目前的疫情给有基础病的老年人造成了威胁，尤其是未完成疫苗接种的人群。

　　对居家且有基础病的老年人，首先平时要控制好基础病，感染后要密切观察。因为老年人往往症状表现不明显，如发热不是很高，并不代表病情不重，一有发热咳嗽症状要尽早用上中药，同时密切跟踪患者病情变化，如果病情持续加重就要到医院救治。如果及时用药，属轻症的老年人不少是能够居家平稳渡过难关的，关键在一个“早”字。需要提醒的是，部分老年人病情刚恢复时，要注意避免劳累、保持好睡眠、注意营养，防止病还未痊愈，又合并其他感染而致病情突然加重，这也是近期一些老年人出现意外的原因之一。

　　遇到危重症患者，要发挥好中西医结合作用

　　记者：犹记得3年前武汉抗击疫情时，中医药发挥了重要作用。中医治疗还被引入了重症监护病房。当时的经验是在一个城市取得的，是否适用于更大范围感染的现实？如何让中医药发挥救治危重症患者的作用？

　　叶永安：三年前的武汉保卫战，中医药无论在轻型、普通型、重症还是危重症的治疗上都发挥了应有的作用，尽管当时的经验是在武汉这一个城市取得的，其基本思路和方法是能够应用到更大范围感染的现实中去。据我所知，参加武汉抗疫的医务人员在近3年的北京疫情防控中都发挥了骨干作用，其他地方也是这样。

　　武汉的经验告诉我们，当新冠病毒感染患者转为危重症，中医药依然可以发力。这时候需要中西医联手，中西医结合，发挥出“1+1＞2”的效果。

　　3年前，我们在武汉通过中西医联手抢救过来的危重症年逾80岁的患者，至今依然恢复良好。如果遇到危重症患者，中医药要积极参与，最大限度发挥好中医药这一民族瑰宝的作用，发挥出中医药治病救人的独特作用。

　　形成中西医结合的良好氛围，发挥出抗疫的中国特色

　　记者：中西医结合、中西药并用，是中国疫情防控的一大特点，也是中医药传承精华、守正创新的生动实践。在接下来的疫情防控中，如何进一步推进中西医结合、中西药并用？

　　叶永安：在接下来的疫情防控中，老年人和儿童的轻型患者是重点，要尽快用上中药，防止转成重症，将重症发生率尽可能降下来，从而进一步降低病亡率。我们前段时间在北京方舱治疗了1000多例轻型患者，用上中药后都取得了很好的效果，降低了转重率。

　　对于一些重症尤其是危重症患者，可采用中西医结合、中西药并用，最大限度去救治患者。武汉抗疫以及后来的多地抗疫应用中医药的经验，已充分说明中医药在疫情防控中的重要作用。

　　当前，进一步深化中西医结合“四有”机制，发挥出抗疫的中国特色。中医药人更要有使命担当的精神，勇于实践，更好地发挥出中医药的作用，为接下来的疫情防控作出应有的贡献。

　　面对奥密克戎变异株，中医药依然可以发挥作用

　　记者：新冠病毒奥密克戎的变异株（XBB.1.5）出现新的病患特点，中医有什么应对措施？

　　叶永安：我们前面提到，无论病毒怎么变异，中医药都有应对之策，重要的是我们要抓住新冠病毒感染人的核心病机予以施治。

　　实际上，3年来新冠病毒在中医主要表现以“湿毒”为主，不同的变异株在不同年份、不同季节及不同地域表现出兼夹“风、寒、燥”或者化热的不同特点，但其湿毒主要侵犯中医的肺、脾两脏，以肺为主，临床可表现为咳嗽、咽痛等呼吸系统症状外，还可以表现为恶心、腹泻等消化系统症状，不同的变异株表现特点会有所不同。尽管有报道称新冠病毒可以侵犯全身多个脏器，但还是以这两个系统表现为主。

　　变异株XBB.1.5是否引起大范围腹泻还属未知。如果新变异株感染表现除呼吸系统外，还以腹泻为主，中医药治疗也会有办法，如腹泻属外有表证、里有热邪的可选用“葛根芩连汤”、脾虚为主的可选用“参苓白术丸”，若外有寒邪、内有湿滞的也可选用“藿香正气”系列等。总之，只要在大夫指导下选择好用药，我们完全能够应对新的变异株。（记者 卫庶 熊建）

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）