创新天然多肽双环化策略：拓展环肽药物开发与筛选新途径

近年来，多肽药物作为一种新型的药物治疗手段，很好地弥补了传统小分子药物和生物大分子药物的不足，极大地扩展了疾病的治疗范围。多环肽在多肽治疗中扮演着至关重要的角色，如广谱抗生素万古霉素和细胞毒素α-鹅膏蕈素（图1A）。与线性或简单二硫键环化肽相比，化学修饰的多环肽具有更高的构象刚性和代谢稳定性，使其表现出类似小蛋白质的特性。它们在抑制蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）方面表现出独特的高效性，而传统的小分子药物通常无法针对这些靶标蛋白起到治疗作用。然而，由于多肽结构的内在复杂性，环肽的可控合成十分困难，特别是具有多个环状结构的多环肽分子。天然多肽的环化方法发展水平低下，极大地限制了新型环肽药物开发。因此，迫切需要开发新型的天然多肽环化策略，为环肽库的构建和高通量筛选提供解决途径。近日，波士顿学院高建民（点击查看介绍）课题组发展了一种新型的天然肽双环化策略，并为环状噬菌体展示多肽库的构建及环肽药物筛选提供了新的思路（图1C）。

图1. A）天然产物中的多环肽；B）基因编码的双环状多肽库（噬菌体展示和mRNA展示）；C) 邻近驱动的天然肽双环化新方法。

该研究团队基于他们之前开发的快速生物共轭技术（Chem. Eur. J. 2022, 28, e202200058; Chem. Eur. J. 2022, 28, e202201843），提出了一种基于半胱氨酸导向的邻近效应驱动的天然多肽双环化新策略。这种新策略具有以下步骤：首先，利用快速的氯肟-半胱氨酸生物共轭技术，将多肽底物和多功能环化试剂进行偶联。然后，通过邻近效应引起反应官能团之间的局部浓度增加，触发多肽底物中的氨基（如赖氨酸侧链和N端）与环化试剂中的活性酯基团进行缩合反应，从而形成环肽结构。通过逐步进行多个环状结构的构建，利用反应速率梯度，实现多环肽的可控合成。这种反应在接近生理条件下进行，如室温、水相和中性pH，具有生物兼容性好、反应速度快和高效的特点，仅需10分钟即可完成多肽的完全环化。此外，该策略具有广泛适用性，能够将非保护的天然多肽高效转化为骨架和/或侧链双环肽。该邻近驱动策略可用于多种模式的多肽环化反应，包括半胱氨酸-赖氨酸-半胱氨酸双环化、赖氨酸-半胱氨酸-赖氨酸双环化以及N端-半胱氨酸-半胱氨酸双环化（图2）。

图2. 双环肽的合成

该研究团队将这种方法应用于重组蛋白质的单个位点双环化反应，展示了该环化方法在位点选择性方面的优势（见图3A）。值得注意的是，利用这种新的双环肽合成方法，他们成功构建了双环状噬菌体展示多肽库（见图3B）。这种新型双环肽库的建立有望极大推动双环肽药物的研发，为发现新型生物学探针和潜在治疗药物提供新的途径。可以预见，邻近驱动的多环肽合成策略可以进一步扩展，以包括其他反应性残基（如组氨酸、酪氨酸和天冬酰胺酸）作为环化位点，从而极大地扩展天然肽环化的结构多样性。

这一成果近期发表在Angew. Chem. Int. Ed.上，文章的第一作者是波士顿学院的博士后陈发杰（现为福州大学化学学院副教授）和博士生Nicole Pinnette，通讯作者是波士顿学院的高建民教授。

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）：

A Cysteine-Directed Proximity-Driven Modification Method for Native Peptide Bicyclization

Fa-Jie Chen, Nicole Pinnette, Fan Yang, Jianmin Gao

Angew. Chem. Int. Ed., 2023, DOI: 10.1002/anie.202306813

导师介绍

高建民

https://www.x-mol.com/university/faculty/2147