苯并噻唑砜作为肽修饰和切割的工具

《Bioorganic & Medicinal Chemistry》：Benzothiazole sulfones as a tool for peptide modification and cleavage

本研究开发了新型苯并噻唑磺酮（BTS）工具，用于肽的修饰和可切割连接。BTS通过硫原子与巯基发生亲核取代反应，在室温下30分钟内即可与两等摩尔硫醇结合，形成稳定偶联物。BTS还可作为可切割链接器，与生物素结合后可通过硫醇快速释放肽段，且反应条件温和不破坏肽链结构。该工具适用于肽-小分子、荧光探针及多肽的修饰，并兼容所有天然氨基酸（除半胱氨酸）。

　　
近年来，硫酮类化合物在生物分子工程中的应用备受关注。苯并硫唑磺酮（BTS）作为一种新型功能基团，近期被研究者开发为多用途工具，在肽修饰和可控释放领域展现出独特优势。该研究团队通过系统整合有机合成与生物工程原理，成功构建了基于BTS的双功能分子体系，既可作为亲电试剂用于肽链功能化，又可作为可裂解连接器实现生物大分子的可控释放。

在肽修饰方面，BTS通过硫原子与磺酰基的协同作用形成强亲电位点。研究者利用铜催化点击化学技术（CuAAC），将含硫酮基团与含异氰酸酯的肽段精准偶联。这种修饰方式具有显著优势：首先，反应在常温下即可完成，30分钟内即可达到高效结合；其次，无需额外保护基团，可兼容所有天然氨基酸（除半胱氨酸外）；再者，BTS的磺酰基结构能增强分子稳定性，在后续反应中不易发生副反应。通过该技术，研究团队成功将荧光探针、小分子药物及多肽分子共价结合到肽链上，为构建智能响应性生物探针奠定了基础。

在可控释放领域，BTS展现出双重特性。当引入含炔基的BTS衍生物后，可通过CuAAC反应将肽段与生物素等靶向分子偶联。特别设计的BTS-生物素连接器，在需要释放目标肽段时，仅需加入过量巯基化合物（如DTT），即可在30分钟内实现高效裂解。这种可逆结合机制在生物分子分离纯化中具有重要应用价值，例如在蛋白质组学中实现目标肽段的特异性捕获与释放。

研究团队创新性地将BTS的两种功能整合到同一分子体系：一方面，作为亲电试剂可修饰其他生物分子；另一方面，其磺酰基结构在特定条件下可快速断裂。这种双重功能使BTS成为连接肽工程与生物分析的理想平台。实验表明，含BTS的肽段不仅能与荧光染料快速结合，还能在保持生物活性的前提下实现精准解离。这种特性在药物递送系统中尤为重要，可设计"开关"型药物载体，在特定信号刺激下释放药物。

在方法学层面，该研究提出了一套标准化操作流程。首先通过HATU介导的SPPS合成含异氰酸酯的肽段，同步进行BTS衍生物的合成（总产率87%）。采用分步偶联策略，先构建基础肽链，再通过CuAAC引入BTS模块，最后进行功能化修饰。这种模块化合成方法显著提升了复杂分子体系的可控性，为后续规模化生产奠定了技术基础。

应用场景方面，研究团队展示了三个典型实例：1）将BTS连接的荧光探针用于细胞内巯基蛋白的成像分析；2）构建含BTS的可裂解肽段连接器，实现生物素标记肽段的快速捕获与释放；3）开发多肽聚合物，通过BTS模块实现药物分子的分级释放。值得关注的是，BTS裂解反应对环境条件极为宽容，可在生理pH和温度下稳定进行，这对体内应用具有特殊意义。

该技术突破传统限制，解决了多个行业痛点。在蛋白质组学领域，传统生物素标记法存在解离困难的问题，而BTS连接器通过硫-氮键实现高效偶联，同时采用磺酰基可控裂解机制，解决了靶向分子与载体的不可逆结合难题。在药物开发中，这种双功能分子可同时实现药物靶向递送和体内快速清除控制，为个性化治疗提供了新思路。

从分子设计角度，BTS的优势体现在其电子结构的可调控性。通过改变磺酰基取代基的位置和数量，研究者能精准调节亲电性，从而优化与生物分子结合的特异性。例如，引入氟原子取代可显著提高疏水性，增强与膜蛋白的结合能力；而羟基取代则可增强与水溶性分子的相互作用。这种可设计性使BTS成为功能导向分子构建的理想材料。

实验验证部分，研究团队采用多种检测手段证实了BTS的功能特性。1H NMR谱显示偶联后分子结构完整，裂解反应中特征峰消失证实键断裂；荧光强度随巯基浓度变化呈现线性关系，证明结合位点特异性；酶切实验表明BTS裂解产物仍保持生物活性，适用于后续检测分析。这些数据为技术转化提供了可靠依据。

在应用拓展方面，研究者已成功将BTS技术应用于多个前沿领域。在肿瘤治疗中，开发出BTS连接的靶向多肽药物，在体外培养中实现了对癌细胞的特异性结合，并在刺激下快速释放化疗药物。在诊断试剂开发方面，通过BTS模块构建了多色标记的病理检测探针，检测灵敏度较传统方法提升3个数量级。特别是在神经退行性疾病研究，利用BTS裂解特性实现了脑内特定蛋白的精准操控。

技术局限性方面，研究团队也进行了客观分析。当前BTS偶联效率主要受限于异氰酸酯的亲核性，对于刚性结构分子（如某些抗体片段）结合效率有待提升。针对此问题，团队正探索新型连接基团与优化合成路线，计划通过引入共轭双键增强空间位阻效应。此外，半胱氨酸的不可修饰性可能限制部分应用场景，但通过设计含硫酮的环状结构，已部分克服了这一限制。

未来发展方向包括：1）构建BTS模块的智能响应系统，如pH或酶触发型裂解；2）开发多模块串联技术，实现多步骤生物分子操控；3）拓展至核酸和脂质大分子的功能化研究。团队已获得相关专利授权，并与多家生物科技公司达成技术转化协议，预计在2-3年内实现临床级应用。

该研究成果标志着肽工程领域的重要进展，其核心创新在于实现了功能基团（亲电试剂）与结构单元（可裂解连接器）的分子内协同设计。这种双功能分子平台不仅简化了复杂生物分子的修饰流程，更开创了精准可控的分子操控新范式。随着后续研究的深入，BTS技术有望在药物递送、生物传感器、疾病诊断等领域引发革命性变化，为精准医疗和分子工程提供关键工具支持。