Angew?|?上海药物所发展位点选择性的生物分子糖修饰策略

　　

2024年2月23日，中国科学院上海药物研究所黄蔚课题组于Angew. Chem. Int. Ed.发表了题为Site- & Stereoselective Glycomodification of Biomolecules through Carbohydrate-Promoted Pictet-Spengler Reaction的研究论文，基于糖底物的反应特性，实现了生物分子N端色氨酸选择性的糖修饰，为均一糖偶联物的构建提供了一种高效的方法，同时也为生物分子的结构和功能调控提供了一种可行的途径。

糖类在众多基础的生命活动中均扮演着重要角色，揭示其在生物学中的作用以及与疾病发生的关系并进行干预，一直是近些年来的研究热点。结构明确且均一的糖类，可以更好地满足糖生物学相关的研究；天然来源的糖类往往存在不均一性，通过化学手段对其进行编辑，不仅可以得到更均一的结构，同时可以大大拓展其多样性，从而促进相关领域的发展。

中国科学院上海药物所黄蔚教授长期从事糖类药物研究（J. Med. Chem. 2023, 66, 7179; J. Med. Chem. 2023, 66, 1011; Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202117849; Acta Pharm. Sin. B 2022, 12, 2417; Nat. Chem. Bio. 2020, 16, 766; J. Med. Chem. 2018, 61, 286; Nat. Protoc. 2017, 12, 1702）,致力于通过糖结构特点解决相关科学及临床问题。延续这一研究兴趣，近期其团队基于C6-氧化的糖底物独特的反应特性，发展了一类生物分子N端色氨酸选择性的糖修饰策略，解决了传统Pictet-Spengler反应在生物偶联中效率低的难题，首次实现了蛋白N端色氨酸选择性的定点修饰，构建了一系列结构均一且连接稳定的糖偶联物。

图1：基于糖促进的Pictet-Spengler反应的糖修饰策略

该策略反应条件温和，无需催化剂，仅在中性的缓冲液中即可高效地得到单一的反应产物。标准条件下，不同类型的单糖（葡萄糖、N-乙酰葡萄糖胺、半乳糖、N-乙酰半乳糖胺、甘露糖等）、二糖（乳糖、蜜二糖、N-乙酰乳糖胺），以及来源于唾液酸糖肽（SGP）的复杂寡糖SCT，均可以高效地与N-端色氨酸底物进行生物偶联反应。另一方面，利用醛基糖探针，可以快速地在预装N-端色氨酸的生物分子（多肽、蛋白）中引入糖片段，得到结构均一的糖修饰产物。?

图2：N端色氨酸选择性的糖修饰

更进一步，这一基于糖的Pictet-Spengler反应也可以成功应用于糖肽、糖蛋白（抗体）的糖基位点的特异性修饰，进一步偶联细胞毒药物MMAE，即可制备糖位点特异性的抗体药物偶联物（ADC）。体外活性评价显示，制备的ADC化合物相比MMAE,具有优秀的HER2选择性杀伤作用。此外，该反应也可以很好地用于活细胞标记，相比于经典的羟胺标记法，该方法具有同等的标记效率，无需苯胺催化，形成的化学结构更稳定，更利于后续生物学研究。

图3：糖基位点的选择性修饰

作者通过对照实验发现，醛基α-位的氧原子结构以及N-端色氨酸的吲哚N-H结构是反应能够顺利发生的关键因素。KIE实验表明，反应过程中吲哚环的重新芳构化可能是反应的决速步。进一步地，DFT计算表明，醛基α-位氧原子与吲哚N-H之间形成氢键作用可以降低决速步的反应能垒。

上海药物所助理研究员刘博为论文第一作者，上海药物所黄蔚研究员为论文通讯作者；同时感谢上海药物所郑明月研究员和付尊蕴博士在DFT计算中给予的支持。本研究得到了国家重点研发计划项目、国家自然科学基金、上海市“扬帆计划”、中国科学院特别研究助理项目、中国博士后科学基金、杭州创新创业领导团队项目及临港实验室等项目的基金支持。