CN106749497A - 套索多肽的化学全合成 - Google Patents

Abstract

以多锚点支撑实现套索多肽及其类似物的化学全合成方法。所述多锚点支撑优选为穴醚‑离子液体复合物。通过连接点的限制与导引来控制多肽链的走向，使其构成拓扑的套索构型。本发明所述的合成方法易于自动化，使得套索多肽药物的市场化成为可能；首次实现了套索多肽及其类似物的化学全合成，填补了目前国内外套索多肽化学合成的空白，对于多肽化学合成与多肽药物的研发都具有重要意义。

Description

套索多肽的化学全合成

所属技术领域：

本发明涉及生物化学合成技术领域，具体地说，涉及套索多肽及其类似物的合成方法。本合成方法运用多锚点化合物支撑实现套索多肽或套索多肽类似物的首次化学全合成，可用于合成传统化学方法或生物方法难以合成的套索环肽及其类似物，对肽化学的发展有重要的意义。

背景技术：

套索多肽是一类具有拓扑套索构型的天然多肽分子。因其构型类似套索而得名，通常含有一个由异肽键连接成环的N端肽环，同时肽环上通过肽键连接伸出C端肽链尾；肽链尾转而从自身的肽环中穿过。一般地，若肽链尾穿过肽环后，C端方向序列与肽环通过两个二硫键连接的套索多肽，我们称为一类套索多肽；若肽链尾穿过肽环后，C端方向序列与肽环没有化学键连接的，则称为二类套索多肽；另外，近来也发现了肽链尾C端方向序列与肽环只形成一个二硫键的套索多肽，部分文献将此类多肽称为三类套索多肽。套索多肽被发现具有显著的抗微生物，受体抗性或酶抑制等生物活性，且稳定性较常规多肽更佳，为目前多肽类药物研发的热点之一。

虽然套索多肽在生物医药领域应用广泛，但基于其独有的拓扑构造，合成难度极高。目前已经有少数套索多肽通过生物方法成功合成，不过，根据相关报道，传统化学合成套索多肽的尝试均宣告失败，所得的套索多肽失去了拓扑结构(图1所示的A策略)。这一情况造成了套索多肽的合成可控性差，无法自动化，不利于药物研发的筛选和修饰，市场化成本与普及难度陡增。

本发明首次提出了一种套索多肽及其类似物的合成方法(图1所示的B策略)。本发明涉及的套索多肽及其类似物是主体由氨基酸残基排列构成的拓扑套索结构化合物。该化合物中，氨基酸残基可以是自然氨基酸残基、非自然(人造)氨基酸残基和经过结构修饰或连接有其他基团的自然或非自然氨基酸残基。除了氨基酸残基外，套索多肽及其类似物也可以包含有其他非氨基酸类的有机化合物残基，如核酸残基、醛酸残基、糖类残基等。该化合物中，拓扑套索结构可以是包含有环形及穿过环的链构成的立体构型。作为示例，本发明涉及的套索多肽及其类似物构型可以是如图1所示的B策略的最终产物所示。其中实心圆AA为构成肽环的氨基酸残基，空心圆AA为构成肽链尾的氨基酸残基。

本发明的目的是降低套索多肽的合成成本和难度，提高合成收率，实现套索多肽的化学全合成，革新现有的常规合成方法，拓展套索多肽类及其类似物的多样性与应用范围。

发明内容：

本发明提出是一类基于多锚点支撑，优选为穴醚-离子液体复合物的新型化学全合成方法，适用于合成套索多肽或套索多肽类似物，特别适用于合成那些常规方法难以合成或合成难度较高的套索多肽或套索多肽类似物。

本发明提出的套索多肽的化学全合成的技术方案的基本策略是(图1所示的B策略)：

1)以多锚点的支撑体，优选为穴醚-离子液体复合物，将第一个氨基酸连接在离子液体上作为起第一连接点；

2)依次按照序列顺序，将氨基酸通过缩合反应连接，形成线性C端肽链尾；

3)将线性C端肽链尾与穴醚衍生物连接形成第二连接点；

4)继续将氨基酸通过缩合反应连接，延长的肽链与穴醚衍生物形成第三个连接点；

5)继续将氨基酸通过缩合反应连接，肽链完成延长；

6)受位阻效应影响，延长的肽链只能围绕第一连接点折向第二连接点方向闭合环化，形成N端肽环；

7)选择性解除第二和第三连接点的穴醚衍生物与多肽之间的化学连接，通过缓慢加热等物理方法对多肽结构进行弛豫；

8)最后解除第一连接点的离子液体与多肽之间的化学连接，进行必要的脱保护处理后，形成具有拓扑结构的套索多肽产品。

上述的技术方案中：所述的锚点可以是连接在穴醚-离子液体复合物上的化学交联基和物理交联基，如羧基，羟基等；所述的穴醚可以是带有至少两个锚点的穴醚类衍生化合物；所述的离子液体可以是有机阳离子带有一个锚点，并能与穴醚形成聚合物的杂环类离子液体，如咪唑类离子液体；所述的连接点可以但不限于是二硫键、肽键、酯键或糖苷键；所述的缩合反应一般指氨基酸缩合反应，但针对非自然氨基酸或其他化学残基，也可以是酮醇缩合、克莱森酯缩合、达参缩合、狄克曼缩合、克脑文盖尔缩合、麦克尔加成、Pechmann缩合、索普缩合、安息香缩合、糖苷缩合和其他有机化合物缩合。

本发明提供的套索多肽或套索多肽类似物的化学全合成方法，和现有技术相比，具有如下创新与优势：

1.本发明提供的合成方法首创将离子液体和穴醚的复合物应用于拓扑结构化合物的合成上，通过复合物的多锚点诱导实现对化合物链拓扑走向的有效控制；

2.本发明提供的合成方法首次实现了套索多肽的化学全合成，产品收率高，步骤简单，易于控制，有利于自动化与大规模合成，对于实现套索多肽新药的筛选和修饰等工作具有重要意义。

附图说明：

图1中所示的A策略是传统固相合成法的套索多肽的非拓扑构型的中间产物的合成策略。其中，实心圆AA为构成肽环的氨基酸残基，空心圆AA为构成肽链尾的氨基酸残基，support方框为多锚点的合成支撑，linker方框为连接点的对应锚点基团。

图1所示的B策略是多锚点化合物支撑的实现完整拓扑结构的套索多肽全合成的合成策略。其中，实心圆AA为构成肽环的氨基酸残基，空心圆AA为构成肽链尾的氨基酸残基，support方框为多锚点的合成支撑，linker方框自左向右分别为第二连接点，第一连接点和第三连接点的对应锚点基团。

图2是示例中套索多肽BI-32169的序列及其计算机模拟结构图。其中，序列行中的G为甘氨酸，L为亮氨酸，P为脯氨酸，W为色氨酸，C为半胱氨酸，S为丝氨酸，D为天冬氨酸，I为异亮氨酸，N为天冬酰胺，T为苏胺酸，A为丙氨酸。

图3是示例中合成套索多肽BI-32169所用的穴醚-离子液体复合物结构，其中虚线为穴醚与离子液体的咪唑阳离子的氢键和π键堆叠相互作用。

图4是示例中合成所得的套索多肽BI-32169产品的高效液相色谱图。

具体实施方式：

下述实施例中所使用的实验方法无特殊说明的部分，均与常规的芴甲氧羰基(Fmoc)多肽合成方法一致。

下述实施例中所使用的实验材料、试剂等均可通过商业途径或已知实验方法获得。

下列实施例中，采用凝胶过滤法和高效液相色谱分离法对目标产品或中间产物进行分离或纯化。所述的凝胶过滤法中，以5倍的纯水冲洗凝胶，洗去杂质。所述的高效液相色谱分离法中，

下列实施例中，采用电子喷雾质谱法、氨基酸检测法、高效液相色谱分析法和拮抗活性检测对目标产品或中间产物进行结构分析。所述的电子喷雾质谱法中，目标产品或中间产物溶解于乙腈与水混合溶剂，按适当比例稀释10-100倍后用于质谱分析。所述的氨基酸检测法中，目标产品或中间产物溶解于6.0mol/L盐酸溶液，在110℃密封管内进行24小时的水解；所得溶液用于氨基酸组分含量分析。所述的高效液相色谱分析法中，使用装备有C18分析柱的Jasco PU2080系统，以水与95％乙腈水溶液为流动相；拮抗活性检测参考文献J.Nat.Prod.2004，67，1528-1531进行。

实施例：

目标产物为具有胰高血糖素受体拮抗剂的天然套索多肽BI-32169，序列与计算机模拟的空间构型为如图2所示。其中，序列行中的G为甘氨酸，L为亮氨酸，P为脯氨酸，W为色氨酸，C为半胱氨酸，S为丝氨酸，D为天冬氨酸，I为异亮氨酸，N为天冬酰胺，T为苏胺酸，A为丙氨酸。

步骤1，第一个氨基酸在离子液体的加载。以咪唑类离子液体1，3-二甲基-2-羟甲基咪唑四苯硼酸盐为起始支撑，结构式为：将1.0当量(110.0μL)离子液体溶于1.2mL二氯甲烷中，添加2.0当量的芴甲氧羰基保护的半胱氨酸。搅拌溶解后，添加4.0当量的缩合剂N，N′-二环己基碳二亚胺和1.0当量的催化剂4-二甲氨基吡啶。搅拌反应6小时后，以二甲基甲酰胺清洗，取得析出的粗产品，再以甲醇和水轮流清洗三次。以20％吡啶的丙酮溶液脱保护后，再以甲醇和水轮流清洗三次，得到加载半胱氨酸的离子液体。

步骤1的阶段性收率为99％(由高效液相色谱峰面积计算所得)。

步骤2，将所得的加载半胱氨酸的离子液体再次溶于1.2mL二氯甲烷中，添加1.0当量的苯异丙基保护的二苯并穴醚222衍生物，结构式如下：

搅拌反应三小时，以二甲基甲酰胺清洗，取得析出的粗产品。再以甲醇和水轮流清洗三次。形成加载有半胱氨酸的穴醚-离子液体复合物，得到产品的结构式如图3所示。

步骤3，将所得的加载有半胱氨酸的穴醚-离子液体复合物溶于1.2mL二氯甲烷中，在参照步骤1的反应、脱保护和清洗条件下，将缩合剂替换为4.0当量的1H-苯并三唑-1-基氧三吡咯烷基六氟磷酸盐，催化剂替换为2.0当量的N，N-二异丙基乙基胺，反复操作，依次加载丙氨酸，色氨酸，脯氨酸，苏氨酸，天冬酰胺，色氨酸，甘氨酸，脯氨酸，异亮氨酸，天冬氨酸和丝氨酸。清洗后，得到加载有肽链半胱氨酸-丙氨酸-色氨酸-脯氨酸-苏氨酸-天冬酰胺-色氨酸-甘氨酸-脯氨酸-异亮氨酸-天冬氨酸-丝氨酸的穴醚-离子液体复合物。

步骤3的阶段性收率为41％(由高效液相色谱峰面积计算所得)。

步骤4，在穴醚上的第二次连接。将所得的加载有肽链半胱氨酸-丙氨酸-色氨酸-脯氨酸-苏氨酸-天冬酰胺-色氨酸-甘氨酸-脯氨酸-异亮氨酸-天冬氨酸-丝氨酸的离子液体溶于12.0mL二氯甲烷中，添加1％体积含量的三氟乙酸将穴醚的羧基脱保护后，在参照步骤1的反应条件下，丝氨酸的羟基支链与穴醚的羧基发生酯化缩合。清洗后，得到加载有肽链半胱氨酸-丙氨酸-色氨酸-脯氨酸-苏氨酸-天冬酰胺-色氨酸-甘氨酸-脯氨酸-异亮氨酸-天冬氨酸-丝氨酸的穴醚-离子液体复合物，其中丝氨酸支链与穴醚衍生物连接。

步骤5，将加载有肽链半胱氨酸-丙氨酸-色氨酸-脯氨酸-苏氨酸-天冬酰胺-色氨酸-甘氨酸-脯氨酸-异亮氨酸-天冬氨酸-丝氨酸的穴醚-离子液体复合物溶于12.0mL二氯甲烷，在参照步骤2的反应和脱保护条件下，反复操作，依次加载脯氨酸，半胱氨酸，甘氨酸，2-羧基色氨酸。清洗后，得到肽链半胱氨酸-丙氨酸-色氨酸-脯氨酸-苏氨酸-天冬酰胺-色氨酸-甘氨酸-脯氨酸-异亮氨酸-天冬氨酸-丝氨酸-脯氨酸-半胱氨酸-甘氨酸-2-羧基色氨酸的穴醚-离子液体复合物，其中丝氨酸支链与穴醚衍生物连接。

步骤5的阶段性收率为26％(由高效液相色谱峰面积计算所得)。

步骤6，在穴醚上的第三次连接。将所得的加载有肽链半胱氨酸-丙氨酸-色氨酸-脯氨酸-苏氨酸-天冬酰胺-色氨酸-甘氨酸-脯氨酸-异亮氨酸-天冬氨酸-丝氨酸-脯氨酸-半胱氨酸-甘氨酸-2-羧基色氨酸的穴醚-离子液体复合物溶于12.0mL二氯甲烷中，在参照步骤1的反应条件下，末端2-羧基色氨酸的吲哚支链上的羧基与穴醚的羟基发生酯化缩合。清洗后，得到加载有肽链半胱氨酸-丙氨酸-色氨酸-脯氨酸-苏氨酸-天冬酰胺-色氨酸-甘氨酸-脯氨酸-异亮氨酸-天冬氨酸-丝氨酸-脯氨酸-半胱氨酸-甘氨酸-2-羧基色氨酸的穴醚-离子液体复合物，其中丝氨酸支链与穴醚衍生物连接，2-羟基色氨酸支链与穴醚衍生物连接。

步骤7，将所得的加载有肽链半胱氨酸-丙氨酸-色氨酸-脯氨酸-苏氨酸-天冬酰胺-色氨酸-甘氨酸-脯氨酸-异亮氨酸-天冬氨酸-丝氨酸-脯氨酸-半胱氨酸-甘氨酸-2-羧基色氨酸的穴醚-离子液体复合物溶于12.0mL二氯甲烷中，在参照步骤2的反应和脱保护条件下，反复操作，依次加载脯氨酸，亮氨酸和甘氨酸。清洗后，得到加载有肽链半胱氨酸-丙氨酸-色氨酸-脯氨酸-苏氨酸-天冬酰胺-色氨酸-甘氨酸-脯氨酸-异亮氨酸-天冬氨酸-丝氨酸-脯氨酸-半胱氨酸-甘氨酸-2-羧基色氨酸-脯氨酸-亮氨酸-甘氨酸的穴醚-离子液体复合物，其中丝氨酸支链与穴醚衍生物连接，2-羟基色氨酸支链与穴醚衍生物连接。

步骤7的阶段性收率为77％(由高效液相色谱峰面积计算所得)。

步骤8，环化。将所得的加载有肽链半胱氨酸-丙氨酸-色氨酸-脯氨酸-苏氨酸-天冬酰胺-色氨酸-甘氨酸-脯氨酸-异亮氨酸-天冬氨酸-丝氨酸-脯氨酸-半胱氨酸-甘氨酸-2-羧基色氨酸-脯氨酸-亮氨酸-甘氨酸的穴醚-离子液体复合物溶于12.0mL二氯甲烷中，在参照步骤2的反应条件下，脱保护的天冬氨酸支链与甘氨酸进行缩合形成肽环。清洗后，得到加载有肽链半胱氨酸-丙氨酸-色氨酸-脯氨酸-苏氨酸-天冬酰胺-色氨酸-甘氨酸-脯氨酸-异亮氨酸-环(天冬氨酸-丝氨酸-脯氨酸-半胱氨酸-甘氨酸-2-羧基色氨酸-脯氨酸-亮氨酸-甘氨酸)的穴醚-离子液体复合物，其中丝氨酸支链与穴醚衍生物连接，2-羟基色氨酸支链与穴醚衍生物连接。

步骤8的阶段性收率为34％(由高效液相色谱峰面积计算所得)。

步骤9，将多肽从复合物上切下。将所得的加载有肽链半胱氨酸-丙氨酸-色氨酸-脯氨酸- 苏氨酸-天冬酰胺-色氨酸-甘氨酸-脯氨酸-异亮氨酸-环(天冬氨酸-丝氨酸-脯氨酸-半胱氨酸-甘氨酸-2-羧基色氨酸-脯氨酸-亮氨酸-甘氨酸)的穴醚-离子液体复合物溶于6.0mL的50％三氟乙酸水溶液，添加0.5μL环乙烯酮。在加热至40摄氏度的条件下，搅拌反应4小时后，常温旋蒸除去三氟乙酸，取得脱除与穴醚第二与第三连接，和所有侧链保护基的粗产品。再以甲醇和水轮流清洗三次。清洗后的产品溶于36mL添加0.1mol/L氢氧化钠的四氢呋喃溶液，在空气中搅拌反应6小时后，取得脱除与穴醚-离子液体三个连接，且氧化形成双硫健的粗产品。清洗并色谱纯化后得到具有拓扑结构的套索多肽BI-32169的三氟乙酸盐。

经过质谱、高效液相色谱与拮抗活性检测确认，所得目标产品为具有拓扑结构的套索多肽BI-32169，总收率为5.19％。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均包括在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (6)

1.一种套索多肽及其类似物的合成方法，其特征是：基于多锚点支撑来实现套索多肽或套索多肽类似物的化学合成方法，包括基本步骤为：以多锚点的支撑体上形成的第一个连接点为起点，依次按照序列顺序，将氨基酸通过缩合反应连接，形成线性肽链；将线性肽链中的两个氨基酸通过支链与支撑体连接形成第二和第三连接点；在连接点的导引下，延长的肽链围绕第一连接点折向第二连接点方向闭合环化，形成肽环；选择性解除第二和第三连接点的多锚点支撑与多肽之间的化学连接，通过缓慢加热等物理方法对多肽结构进行弛豫；最后解除多锚点支撑在第一连接点与多肽之间的化学连接，形成具有拓扑结构的套索多肽产品。

2.根据权利要求1所述的套索多肽或套索多肽类似物，可以但不限于是由自然氨基酸残基、非自然氨基酸残基构成的多肽或核酸残基、醛酸残基、糖类残基参与构成的多肽类似物，同时包含有环形及穿过环的链构成的套索构型。

3.根据权利要求1所述的多锚点支撑，其特征在于：提供多个锚点基团的分子，通过化学交联或物理交联方法与多肽上的氨基酸支链暂时连接，限制或导引多肽链的合成走向，促使拓扑套索构型的形成，优选为穴醚-离子液体复合物。

4.根据权利要求3所述的锚点基团可以但不限于是羟基、羧基、氨基、卤基和氢硫基。

5.根据权利要求1所述的连接点可以但不限于是二硫键、硫醚键、肽键、酯键或糖苷键。

6.根据权利要求3所述的穴醚-离子液体复合物，其特征在于，所述复合物中的穴醚可以是带有至少两个锚点基团的穴醚类衍生化合物，优选的结构为其中R₁和R₂可以是相同或不同的，被保护或不被保护的羟基、羧基、氢硫基，m和n可以是相同或不同的自然数；所述的离子液体可以是有机阳离子带有一个锚点基团，并能与穴醚形成聚合物的杂环类离子液体，优选的结构为离子液体阳离子通过氢键或π键等相互作用镶嵌在穴醚中。