综述：聚（ADP - 核糖）合成的最新进展

本文综述了近十年来聚（ADP - 核糖）（PAR）合成的进展。PAR 是一种结构复杂的生物聚合物，在 DNA 修复、转录调控等过程中起关键作用。文中介绍了化学合成、功能探针、化学酶促平台方面的成果，为 PAR 相关研究及治疗应用提供参考。

　　

聚（ADP - 核糖）合成的最新进展

聚（ADP - 核糖）（PAR）是一种结构复杂且带负电荷的生物聚合物，通过 ADP - 核糖基化这种动态可逆的翻译后修饰过程合成。该过程以烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD⁺）为 ADP - 核糖基供体，在 ADP - 核糖基转移酶（ARTs）的催化下，将单 ADP - 核糖（MAR）共价连接到靶底物（蛋白质、核酸或代谢物）上。像 ARTD1（PARP1）这类 ARTs，能通过初始 ADP - 核糖单元上的 2′ - OH 反复延伸修饰，形成长达 200 个单元的线性或分支状 PAR 链。同时，聚（ADP - 核糖）糖基水解酶（PARG）和 ADP - 核糖基水解酶 3（ARH3）等水解酶控制着 ADP - 核糖基化的可逆性，精确调节 PAR 的动态平衡。

PAR 在细胞中发挥着极为重要的功能，它既可以作为蛋白质结合修饰物，也能以游离多核苷酸的形式存在，参与调控 DNA 损伤修复、染色质重塑、转录调控以及程序性细胞死亡等关键细胞过程。PAR 的分支拓扑结构和多阴离子特性使其能够与亲核残基（如赖氨酸、谷氨酸）发生多价相互作用，并为生物分子凝聚物提供模块化支架。

从病理角度来看，PAR 的失调与神经退行性疾病和癌症关系密切。在神经退行性疾病方面，PAR 通过相分离凝聚物的形成，与 α - 突触核蛋白、TDP - 43、hnRNPA1 等关键蛋白相互作用，推动帕金森病（PD）、肌萎缩侧索硬化症（ALS）和额颞叶痴呆（FTD）等疾病特征性的致病聚集事件。在肿瘤学领域，PAR 介导的信号网络会加剧基因组不稳定性、化学抗性和 parthanatos（一种程序性细胞死亡方式），使得 PAR 代谢成为 BRCA 缺陷型癌症和炎症性疾病的潜在治疗靶点。

为了深入探索 PAR 的生化特性和治疗潜力，获取结构明确的 PAR 类似物至关重要。然而，PAR 的合成面临诸多挑战，其不稳定的焦磷酸键和立体化学糖苷键，需要巧妙整合碳水化合物化学、磷酸偶联策略以及酶工程技术。尽管困难重重，研究人员还是取得了重要进展，建立了可靠的化学策略来构建结构明确的线性和分支状 ADPr 低聚物，以及具有精确链长和分支结构的单 / 聚 ADPr 探针。这些合成工具在解析 PAR - 蛋白质相互作用网络、绘制水解酶特异性以及开发 PAR 靶向成像剂等方面发挥了不可或缺的作用。

与此同时，酶促合成和化学酶促合成方法也逐渐兴起。酶促合成通常由聚（ADP - 核糖）聚合酶（PARPs）介导，而化学酶促合成则结合了化学和酶促反应的优势。化学合成能够精确控制聚合物的长度、分支和位点特异性修饰，在结构、机制和标记研究方面具有重要价值，但存在效率低、步骤复杂、难以制备长链或分支聚合物的问题。相比之下，酶促合成可以在温和条件下快速高效地生成具有生物学相关性的聚（ADPr），还能产生高分子量和分支结构的聚合物。不过，酶促合成需要特殊的酶和多次色谱纯化步骤，对结构的控制有限，并且与非天然修饰的兼容性较差。

下面具体介绍聚（ADP - 核糖）合成的相关研究进展：

• 寡聚 ADP - 核糖的化学合成：天然 PAR 的结构具有异质性，这给精确研究其与蛋白质的相互作用以及在细胞内的功能机制带来了困难。目前，通过酶促方法制备的 ADPr 聚合物同样存在异质性，链长和分支点分布广泛，往往需要多次色谱纯化步骤才能获得一定程度均一的 PAR 片段。而且，体外酶促合成 PAR 的过程还会产生其他问题，限制了其在研究中的应用。
• ADPr 的酶促和化学酶促合成：酶促和化学酶促合成的发展为研究 ADPr 的功能和机制提供了有力工具。化学合成 ADPr 低聚物面临构建模块制备复杂、焦磷酸键形成困难等挑战，而酶促和化学酶促方法具有特异性高、效率高和可扩展性强的优势。酶促合成可以在温和条件下实现位点特异性的 ADPr 转移，化学酶促合成则结合了化学和酶促反应的优点，能够更灵活地合成具有特定结构和功能的 ADPr。
• 双功能 NAD⁺和 PARylation 相关共轭物的研究与应用：2021 年，Lam 等人开发了一种双功能 NAD⁺，它是 PARP1 的优良底物，能够与 PARylation 依赖的相互作用蛋白进行高效的光交联。这种双功能 NAD⁺类似物（114）在腺嘌呤 C2 位带有重氮环丙烷基团，在核糖 3′ - OH 位带有叠氮基团。重氮环丙烷部分在紫外线（365nm）照射下会生成卡宾，用于共价捕获 PARylation 依赖的蛋白质，而叠氮基团则便于后续的相关反应，为研究 PARylation 相关的蛋白质相互作用提供了新的手段。

近年来，在寡聚 ADP - 核糖（ADPr）的化学和酶促合成方面取得了显著进展，为深入剖析其生物学功能提供了有力工具，也为治疗创新奠定了基础。合成的寡聚 ADPr 在阐明蛋白质 - PAR 相互作用和细胞信号传导机制方面发挥了重要作用，含有 ADPr 基序的共轭物在靶向药物递送策略中也展现出了潜力。

尽管如此，该领域仍面临一些关键挑战。在合成方法上，如何进一步提高合成效率、简化合成步骤、实现更精准的结构控制，仍然是需要解决的问题。在应用方面，如何将这些合成的 PAR 类似物更好地转化为临床治疗手段，以及深入了解 PAR 在复杂生物系统中的作用机制，还需要更多的研究探索。未来，随着技术的不断进步和研究的深入，有望在聚（ADP - 核糖）相关的研究和治疗领域取得更多突破，为人类健康事业做出更大贡献。