合成多肽？小心会致敏的缩合剂

脲鎓（uronium）类肽缩合剂HATU、HBTU、HATU、HCTU、TBTU等是肽合成中最常用的缩合剂（图1）。作肽合成的读者可能没少用过。

图1. 各种缩合剂的化学结构。

HBTU和TBTU的化学结构最初被归类为脲鎓类，推测其结构来源于之前描述的鏻类似，这在此类缩合剂的缩写中也有所体现。随后，科学家提出了这些缩合剂的脲鎓（A，图2）和铵（aminium）（B，图2）形式之间的平衡。根据核磁共振谱和X射线晶体学分析，最终确定在晶体状态和溶液中，这些缩合剂的真实结构为铵异构体。

图2. HBTU/TBTU的脲鎓与aminium之间的异构化平衡过程。

已有报道，碳二亚胺 (carbodiimide) 类缩合剂如EDC、DCC和DIC是强烈的皮肤致敏物，其EC3值远低于1%。大多数常见的缩合剂，包括HATU、HBTU、HCTU、TBTU和TCTU，依据GHS分类在皮肤致敏1A类中（除了COMU为1B类），这表明它们具有显著的致敏特性。从定量角度看，HCTU（0.50%）、TCTU（0.50%）和HBTU（0.90%）的EC3值使其被归类为强皮肤致敏物（EC3 < 1%）。相较之下，HATU（1.20%）和TBTU（1.20%）则属于中等致敏物。相反，HOBt（在局部淋巴结试验中测试的最大浓度为1%）和Oxyma（25%）在皮肤致敏性测试中呈阴性。

近期发表在Journal of Peptide Science 的一篇文章报道了脲鎓类缩合剂所导致的皮肤过敏问题，与之前的大多数报道不一样的是，这篇文章重点介绍了脲鎓类缩合剂经空气传播的过敏反应。此前文献中少有此类病例报告，而许多实验室往往没有及时更新与这些试剂使用相关的风险提示。

2020年，McKnelly等人报道了一例因长期暴露于脲鎓缩合剂（HATU、HBTU和HCTU）而引发过敏性休克的案例（J. Org. Chem., 2020, 85, 1764–1768，点击阅读详细）。一名27岁的女性研究人员在多年使用这些试剂后出现了危及生命的过敏性休克。在最初的一年暴露期间，她仅出现了打喷嚏、咳嗽和流鼻涕等过敏症状，但随着时间的推移，症状逐渐发展为严重的过敏性休克。这例病例是经空气传播过敏致敏报告中的案例之一，但与脲鎓相关的潜在风险仍然可能被低估。尽管相关文献有限，但HBTU、HATU和HCTU的材料安全数据表（MSDS）近年来才开始包括关于可能引发过敏反应的警告。尽管MSDS进行了更新，但脲鎓缩合剂的潜在危害较为隐匿，因为过敏反应可能在长达数年时间跨度内逐渐加重，且个体差异显著，直到症状变得危及生命。一旦发生致敏，即便是微量接触也可能引发症状。此外，致敏个体甚至可能通过类似“二手烟”的形式——接触使用过这些试剂的人员——而出现反应，这可能导致他们无法继续从事与这些化合物相关的工作。另外，MSDS中“致敏剂”（sensitizer）这一术语与“爆炸性”、“易燃性”或“致癌性”这些词语相比，显得有些模糊，可能会导致许多实验室工作人员低估风险，错误地认为“这种情况可能发生，但不会是我。”

该文报告的过敏病例是一位31岁的女性研究人员，她不幸遭受了严重的皮肤刺激。最初表现为皮肤发红，但很快发展为皮疹，伴有皮肤肿胀、瘙痒及疼痛性损伤。起因在2019年下半年，她加入了一个从事金属肽研究的小组。6个月后，她注意到嘴唇周围出现轻微皮肤刺激，但并未将其与使用HBTU联系起来。疫情期间，实验室关闭了大约3个月，此后她重返实验室，继续合成各种肽。在接下来的几个月里，该研究人员频繁使用脲鎓类型的多肽缩合剂HBTU。她的皮肤几乎立刻开始出现刺激反应，且每次暴露后症状愈加严重。而且，每次接触后，症状加重的同时过敏反应发生的时间也缩短了。

图3. 2021 年，该研究人员接触 HBTU 溶液后出现的过敏症状（注：为避免有读者不适，只展示了症状较轻的部分，完整图片请查看原论文）。图片来源：J. Pept. Sci.

这些症状类似于过敏性湿疹，外观与烧伤相似。该研究人员皮肤变得瘙痒、脱屑或破损，出现渗出性水疱，有时还形成结痂。由于2021年时 MSDS 上的信息有限，她通过排除法确定了HBTU为过敏原。在称量Fmoc保护氨基酸或配制脱保护溶液（20% piperidine/DMF）时未出现过敏症状，然而每次称量HBTU时，她发现嘴唇和颈部周围的瘙痒感几乎会立即出现。事实上，每次操作HBTU粉末几小时后，她的脸部皮肤就会变得疼痛；8-10小时后，眼睛会肿胀，嘴角和颈部出现皮肤损伤。为了尽量减少暴露，她采取了预防措施——在通风橱中称量HBTU粉末，佩戴呼吸面罩和面部防护罩，将污染废物封闭处理，并在使用后立即更换手套。尽管采取了这些措施，空气中的微小颗粒仍引发了她的过敏反应。这种情况逐渐恶化，以至于她只要进入到一个有其他人使用该试剂的实验室或实验台上有一个开口的装有HBTU溶液的试剂瓶，最终都会引起过敏症状。例如图4，在她进入之前实验室有人在通风橱中用过HBTU，她仍出现了明显的过敏症状。

图4. 2023 年，该研究人员进入的实验室有一位同事在通风橱中使用 HBTU，她仍然在24小时内出现了过敏症状。图片来源：J. Pept. Sci.

为了缓解过敏症状，该研究人员不得不服用抗组胺药，如苯海拉明和盐酸西替利嗪。为加速康复（从2-3周缩短至1周），医院还为她开了类固醇药物，如甲基强的松龙，用于治疗瘙痒、皮肤损伤以及眼睛和鼻子的肿胀。尽管目前尚无临床证据证明暴露于HBTU与嗅觉部分丧失之间存在直接关联，但她怀疑两者可能有关。在她最后一次使用HBTU作为多肽缩合剂时，除常见的过敏反应外，她还出现了鼻部和上呼吸道的肿胀和刺激。此后，她发现自己的嗅觉减退，尤其是对实验室中的硫醇气味反应不如从前敏感。

从2006年到2010年，有六例与HBTU相关的化学致敏反应报告，症状类似，主要表现为呼吸系统和皮肤的反应。自2003年以来，已有九例类似情况被记录（表1）。

表1. 自 2003 年以来报告使用脲鎓缩合剂引起的过敏症状

尽管佩戴符合DIN EN 143和DIN 14387标准的P2滤片口罩、面罩、使用通风橱、手套、防护眼镜和实验服等多项防护措施，但仍不足以避免接触HBTU。因此，为了继续进行肽类及其合成的相关工作，该研究人员已经开始探索不使用脲鎓类缩合剂的替代策略。她现在采用Oxyma/DIC化学进行多肽合成。

在各种多肽缩合剂相关的SDS文件中，只有脲鎓类型的缩合剂（如HBTU、HATU和HCTU）报告了其操作过程中的潜在风险。对于这三种缩合剂，均标有“皮肤致敏性1A类”分类和GHS危险声明H317（可能导致过敏性皮肤反应）。另外，HATU还报告了“呼吸致敏性1类”分类以及GHS危险声明H334（吸入时可能引发过敏或哮喘症状或呼吸困难）。1A亚类包含了所有“在人类中表现出高频率发生率和/或在动物中显示出高效力，可能对人类产生显著致敏性”的物质。

值得注意的是，尽管Oxyma Pure的MSDS并未报告此类潜在健康风险，但这并不保证未来不会产生致敏反应。因此，使用时仍应遵循HBTU的所有防护建议，并且关注可能出现的任何过敏或致敏症状。

总而言之，如果出现了过敏症状，千万不要不在意，应该耐心、仔细排查生活及工作环境中可能出现的过敏源，必要时及时就医。毕竟，身体健康是一切工作成就的基础，半点都忽视不得！

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）：

Uronium peptide coupling agents: Another case of occupational airborne allergic sensitization induced by HBTU

Valentina Borghesani

J. Pept. Sci., 2024, DOI: 10.1002/psc.3649 

（本文由北纬55°供稿）