脂联素糖基化胶原结构域的化学合成及生物学评价

人脂联素（Human Adiponectin）是一种糖蛋白激素和脂肪因子，结构上由可变结构域（Variable region）、胶原结构域（Collagenous Domain）以及球状结构域（Globular C1q Head Domain）组成，其中胶原结构域是高度糖基化修饰的（图1）。脂联素可调节葡萄糖水平并改善脂质代谢，是肥胖、胰岛素抵抗和代谢综合征发病机制的主要参与者。肥胖患者的脂联素水平低下，这种情况被称为低脂联素血症，这会增加心血管疾病、代谢性疾病以及发生预后不良的恶性肿瘤的风险。脂联素补充疗法是在预防以及治疗癌症和代谢性疾病（尤其是在肥胖患者中）中长期寻求的策略。然而，由于全长人脂联素难以制备生产，致使其在治疗上述疾病的临床应用受到严重阻碍。

图1. 脂联素结构示意图

近日，香港大学化学系的李学臣教授和香港大学药理学与药学系的汪玉教授带领的研究团队首次报道了糖基化脂联素胶原结构域的化学合成与生物活性测试。该合成路线由常见的甘氨酸和蛋氨酸出发，实现了糖基化5-羟基赖氨酸砌块的大量制备，并成功将其运用在糖基化多肽合成中。在此基础上，通过该课题组发明的丝氨酸/苏氨酸残基多肽连接反应（STL），实现了十五个糖基化脂联素胶原结构域衍生物的大量合成制备（图2），其中包括非糖基化（一种）、单糖基化（四种）、双糖基化（六种）、三糖基化（四种）和四糖基化（一种）。

图2. 糖基化脂联素胶原结构域合成路线

进一步，研究人员测试了上述合成的糖基化脂联素胶原结构域衍生物在乳腺癌细胞系MDA-MB-231中的抗增殖活性，发现随着糖基化程度的增高，其对乳腺癌细胞增殖的抑制作用越大且EC₅₀值越小；而在相同的糖基化程度条件下，糖基化的位置对活性的影响较小。为模拟体内条件，研究人员分别将四糖基化和非糖基化的衍生物与人脂联素共同处理乳腺癌细胞，发现非糖基化的衍生物表现出对人脂联素显著的抑制作用，而四糖基化衍生物则表现出优秀的协同作用。这表明，糖基化不但提高了脂联素胶原结构域衍生物抗乳腺癌细胞增殖活性，还赋予其人脂联素协同作用，充分证明了糖基化的重要性。

图3. (A) 和 (B) 脂联素胶原结构域衍生物对乳腺癌细胞的抑制率与EC₅₀；(C) 非糖基化与四糖基化和人脂联素竞争实验；(D) 非糖基化与四糖基化数据棋盘表格

在此基础上，研究人员选取了活性较为优秀和产率高的二糖基化衍生物WM6877进行了动物实验。在三种乳腺癌细胞小鼠模型中，WM6877表现出对肿瘤的显著抑制，并且与空白相比，小鼠体重没有显著差异，提示该糖肽没有明显毒副作用。紧接着，研究人员在代谢缺陷小鼠模型上对WM6877进行了测试，结果显示，WM6877具有显著的胰岛素增敏、代谢增强（促进脂肪消耗）以及减少脂肪在肝脏堆积作用（图4）。

图4. WM6877和空白小鼠肝脏切片

总而言之，该工作开发了全新的可大量制备糖基化脂联素胶原结构域的合成路线，并揭示了糖基化程度和位置对生物活性的影响，发现了极具潜力的抗癌、胰岛素增敏、代谢增强和保肝作用的糖肽候选药物。相关结果近日发表在J. Am. Chem. Soc. 上。文章的共同第一作者为香港大学博士研究生吴鸿翔、张熠玮和李袁鑫，共同通讯作者为香港大学药理学与药学系汪玉教授和香港大学化学系李学臣教授。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Chemical Synthesis and Biological Evaluations of Adiponectin Collagenous Domain Glycoforms

Hongxiang Wu, Yiwei Zhang, Yuanxin Li, Jianchao Xu, Yu Wang*, and Xuechen Li*

J. Am. Chem. Soc., 2021, DOI: 10.1021/jacs.1c02382

导师介绍

李学臣

https://www.x-mol.com/university/faculty/244129