【CEM】環狀二硫鍵橋肽的全自動合成

一、引言

含有二硫鍵的環肽代表了一類具有廣泛生物功能的化合物，其功能范圍從毒素到重要的激素。¹二硫鍵有助于穩定肽的二級結構和構象，這有利于提高蛋白水解穩定性和目標親和力。²由于它們具有潛在的治療價值，對合成含二硫鍵橋連的環肽的興趣穩步增長。通過使用正交保護的半胱氨酉夋氨基酸，如Fmoc-(S)-Cys(Mmt)-OH和Fmoc-(S)-Cys(STmp)-OH（圖1），可以制備含有二硫鍵的肽。Cys(Mmt)基團可以使用稀釋的三氟乙酉夋(TFA)溶液選擇性去保護，而Cys(STmp)基團則使用二硫蘇糖醇(DTT)作為還原劑進行正交去保護。去保護后，使用N-氯琥珀酰亞胺(NCS)作為溫和氧化劑，可以選擇性氧化Cys巰基形成二硫鍵。³

在這里，我們報告了使用Liberty Blue^TM微波肽合成器全自動合成良好純度的含二硫鍵橋連的環肽。一個骨形態發生蛋白受體激活素樣激酶3 (Alk3)的肽激動劑THR-123⁴，在3小時內完成合成，純度為77%。最后，一種含有兩個二硫鍵的錐蝸牛毒素肽（Conotoxin-SI）⁵在不到4小時內合成，純度為67%。將微波能量應用于二硫鍵橋連肽的合成可以實現更高效的偶聯，從而快速合成并達到高純度（CarboMAX^TM）。⁶

圖1. 左：Fmoc-(S)-Cys(Mmt)-OH；右：Fmoc-(S)-Cys(STmp)-OH

二、實驗部分

HE-SPPS材料和方法：所有肽都是在CEM Liberty Blue™自動微波肽合成器上合成的，使用的是Rink Amide ProTide™ LL樹脂（0.19 mmol/g替換）或Cl-MPA ProTide™ LL樹脂（0.18 mmol/g替換）。使用DMF進行后去保護洗滌，然后采用DIC/Oxyma活化方法進行偶聯。肽樹脂在CEM Razor^®肽裂解系統上用TFA/TIS/H₂O/DODT（92.5/2.5/2.5/2.5）裂解。肽在冷乙酉迷中沉淀，粗品在分析前進行凍干。

分析：粗肽在配備了Acquity UPLC BEH C8柱（1.7 μm, 2.1 x 100 mm）的Waters Acquity UPLC系統上進行分析，該系統裝有PDA檢測器。UPLC系統連接到Waters 2100單四級桿MS用于結構測定。峰分析是在Waters MassLynx軟件上完成的。分離是通過（i）水中的0.05% TFA和（ii）乙腈中0.05% TFA的梯度洗脫進行的。

三、結果和討論

A）合成THR-123，CYFDDSSNVLCKKYRS-CO₂H

選擇THR-123（圖2）來展示含有C端酸的單一二硫鍵橋連肽的合成。該肽在10 µmol規模上使用Cl-MPA ProTide™ LL樹脂（0.18 mmol/g替換）進行合成。第一個氨基酸使用CEM之前報道的氯化物加載循環自動加載。所有其他氨基酸循環使用1分鐘/90oC去保護和一次2分鐘/90oC與DIC/Oxyma偶聯（使用Fmoc-(S)-Cys(Mmt)-OH用于C）。使用2% TFA的DCM溶液進行Cys(Mmt)的去保護。反應在室溫下進行1分鐘，重復五次。使用25 mM的NCS的DMF溶液實現二硫鍵的形成。反應在室溫下進行15分鐘。在Liberty Blue自動微波肽合成器上進行的THR-123的微波增強SPPS產生了77%純度的目標肽（圖3）。

圖2.THR-123

圖3. THR-123的UPLC色譜圖

B) 合成Conotoxin-SI，ICCNPACGPKYSC-NH₂

選擇Conotoxin-SI（圖4）來展示含有兩個二硫鍵的環肽的合成。該肽在10 µmol規模上使用Rink Amide ProTide™ LL樹脂（0.19 mmol/g替換）進行合成。所有氨基酸循環使用1分鐘/90oC去保護和一次2分鐘/90oC與DIC/Oxyma偶聯（使用Fmoc-(S)-Cys(Mmt)-OH用于C；使用Fmoc-(S)-Cys(STmp)-OH用于C）。使用2% TFA的DCM溶液進行Cys(Mmt)的去保護。反應在室溫下進行1分鐘，重復五次。使用25 mM的NCS的DMF溶液實現二硫鍵的形成。反應在室溫下進行15分鐘。使用5% DTT + 0.1 M NMM的DMF溶液進行Cys(STmp)的去保護。反應在室溫下進行5分鐘，重復三次。最后，使用25 mM NCS的DMF溶液形成第二個二硫鍵（室溫下15分鐘）。在Liberty Blue自動微波肽合成器上進行的Conotoxin-SI的微波增強SPPS產生了67%純度的目標肽（圖5）。

圖4.Conotoxin-S

圖5. Conotoxin-SI的UPLC色譜圖

四、結論

采用全自動快速合成技術，我們成功高效地完成了含二硫鍵橋接的環肽的合成，并且實現了較高的純度。借助CarboMAX™⁶化學技術，偶聯效率得到了顯著提升，這不僅極大縮短了合成時間，還確保了產物的高純度。例如，一個C端帶有羧酸的環狀二硫鍵橋接肽——THR-123，在短短不到3小時的時間內就被迅速合成出來，且純度達到了77%。相比之下，傳統的室溫合成方法通常需要長達20小時來合成包含兩個二硫鍵的Conotoxin-SI。³而利用微波增強的固相肽合成技術（SPPS），在不到4小時內就制備出了純度為67%的相應肽。

引用

1 Góngora-Benítez, M.; Tulla-Puche, J.; Albericio, F. Chem. Rev. 2014, 114 (2), 901–926.

2 Adessi, C.; Soto, C. Curr. Med. Chem. 2002, 9 (9), 963–978.

3 Postma, T. M.; Albericio, F. Org. Lett. 2013, 15 (3), 616–619.

4 Sugimoto, H.; LeBleu, V. S.; Bosukonda, D.; Keck, P.; Taduri, G.; Bechtel, W.; Okada, H.; Carlson, W.; Bey, P.; Rusckowski, M.; Tampe, B.; Tampe, D.; Kanasaki, K.; Zeisberg, M.; Kalluri, R.; Kalluri, R. Nat. Med. 2012, 18 (3), 396–404.

5 Azam, L.; McIntosh, J. M. Acta Pharmacol. Sin. 2009, 30 (6), 771–783.

6 CEM Application Note (AP0124) - “CarboMAX - Enhanced Peptide Coupling at Elevated Temperature.”