CN117586336A - 一种“困难多肽”的合成方法及应用 - Google Patents

一种“困难多肽”的合成方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种“困难多肽”的合成方法与应用，属于多肽合成技术领域。本合成方法包括以下步骤：(1)将Fmoc保护过的的氨基酸水杨醛酯，与丝氨酸/苏氨酸苄酯进行连接反应，然后氢化脱除苄基保护，合成得到ψ2‑hydroxyphenylpro类二肽化合物，结构式如下；(2)通过固相合成策略将ψ2‑hydroxyphenylpro类二肽化合物引入多肽序列；(3)向多肽连接的固相树脂中加入裂解液，同时酸解开环得到目标多肽产物。本发明在多肽的固相合成中，特别是一些包含较多疏水性氨基酸且易形成二级结构的“困难序列”多肽，能够有效地提高目标多肽的产率与纯度。本发明所述的方法，具有合成收率高、合成条件温和、操作简单等优点，且已成功应用于多种“困难多肽”药物的合成。

Description

一种“困难多肽”的合成方法及应用
技术领域
本发明属于多肽的合成制备技术领域，具体涉及一种“困难多肽”的合成方法及应用。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
多肽是一种由两个或两个以上氨基酸通过肽键连接而成的生物活性物质，能够广泛作用于免疫系统、心血管系统、内分泌系统、血液系统。消化系统等。凭借分子量适中、特异性强及毒性小等特性，多肽化合物也受到制药领域越来越多的关注。目前已上市的多肽药物被广泛应用于多种疾病的治疗，包括肿瘤、糖尿病、骨质疏松症、病毒与细菌感染、慢性疼痛等。多肽产品的获取主要包括动植物组织提取、基因重组表达和化学合成三种途径。与前两种方法相比，化学合成方式能够更加方便快捷地对多肽进行结构修饰，如引入非天然氨基酸，环化，特定位点的糖基化、磷酸化、乙酰化等，从而调节其稳定性、亲和性以及成药性。
1963年由美国化学家R.Bruce Merrifield教授发明的多肽固相合成技术，能够在一个反应容器中进行所有的反应，简化了操作步骤，避免了中间体的分离纯化，便于自动化操作，极大地促进了多肽相关领域的发展。随着固相合成技术的不断发展和优化，大量具有生物活性的中小型多肽分子能够在短时间内被高效合成。然而，对于一些具有较多疏水性氨基酸片段且易形成β-折叠、α-螺旋等二级结构的“困难多肽”，其固相合成仍然存在巨大挑战。目前解决“困难多肽”合成的方法主要有改变反应体系、改变反应条件、改变合成策略、采用新的合成技术等。其中，应用最为广泛的合成策略包括在酰胺N原子引入临时取代基团(例如Hmb保护基)、引入化学修饰的肽链(例如伪脯氨酸)等。在这些策略的应用过程中，相关二肽片段的合成却往往面临反应时间长、分离纯化困难、反应不完全、产物收率低等问题，从而限制了多肽固相合成技术在“困难多肽”序列合成中的应用。
有研究公开了一种丝氨酸/苏氨酸连接的机制，具体如下：
但在上述机制中，需通过多肽片段的连接反应，生成相应的中间体，这主要依赖于两条多肽片段的溶解性，然而“困难多肽”的溶解性往往较差，因此限制了上述机制方法的应用。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种简单有效的“困难多肽”固相合成方法，通过高效的合成与引入相关二肽片段，避免了多肽序列延长过程中二级结构的产生，避免了溶解度差问题，有效地提高了“困难多肽”的固相合成产率与纯度。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的第一个方面，提供了一种“困难多肽”的合成方法，包括：
将氨基保护的α-氨基酸水杨醛酯，与丝氨酸或苏氨酸苄酯进行连接反应，得到全保护的二肽中间体，然后，将所述全保护的二肽中间体进行氢化反应，脱除苄基保护，合成得到ψ2-hydroxyphenylpro类二肽化合物；
在固相树脂上采用固相合成策略将ψ2-hydroxyphenylpro类二肽化合物引入多肽序列，得到具有目标序列的多肽；
将所述具有目标序列的多肽从固相树脂上裂解下来，同时酸解开环，得到目标多肽产物。
在一些实施方式中，所述ψ2-hydroxyphenylpro类二肽化合物的结构式如下式所示：
其中，R1为任何侧链，R2为H或Me。
在一些实施方式中，所述ψ2-hydroxyphenylpro类二肽化合物引入多肽序列的方法为按照目标序列依次进行氨基酸或二肽片段的偶合。
在一些实施方式中，氨基酸与二肽化合物的临时保护基团为Fmoc。
在一些实施方式中，所述固相树脂为2-氯三甲苯树脂、Rink树脂、HMPA-PEGA树脂、Wang树脂或FMPB AM树脂。
在一些实施方式中，氨基保护的α-氨基酸为Fmoc保护的天然或非天然氨基酸；
在一些实施方式中，连接反应的溶剂为醋酸和吡啶混合溶液；
在一些实施方式中，氢化反应的溶剂为甲醇或乙酸乙酯。
在一些实施方式中，固相合成过程中，反应溶剂为二氯甲烷、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二乙基甲酰胺、氯仿、四氢呋喃、N-甲基吡咯烷酮和二甲基亚砜中的一种或多种；
在一些实施方式中，偶合反应中，缩合试剂为HATU、HBTU、DCC、DIC、EDCI、PyBOP、PyAOP、Oxyma pure、HOAT、HOBT、HOOBT、BOAT、DMAP中的一种或几种；
在一些实施方式中，Fmoc保护基的脱除溶液为哌啶和DMF的混合溶液。
在一些实施方式中，多肽裂解液为三氟乙酸、三乙基硅烷和水的混合物，体积比例为95：2.5：2.5，裂解时间为120min-180min。
本发明的第二个方面，提供了上述的方法合成的多肽在制备免疫系统、心血管系统、内分泌系统、血液系统或消化系统疾病的药物中的应用。
本发明的第三个方面，提供了ψ2-hydroxyphenylpro类二肽化合物在制备多肽中的应用。
本发明的有益效果
(1)本发明通过丝氨酸/苏氨酸连接反应，可以高效的合成2-羟基苯基ψPhenolpro类二肽化合物。此反应的反应时间短，操作简便，产率高，二肽产物无需柱层析纯化，可直接应用于后续的多肽固相合成。
(2)本发明的2-羟基苯基ψPhenolpro类二肽化合物，能够有效的提高“困难多肽”的固相合成效率，特别是对于一些序列较长、易形成二级结构的多肽序列，能够显著提高多肽产物的产率和纯度。
(3)本发明的方法简单易行，且已在多个药用多肽的合成中得以验证，在多肽的实验室合成研究和工业化生产中都具有很高的实用价值。
(4)本发明制备方法简单、实用性强，易于推广。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示例性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为2-羟基苯基ψPhenolpro类二肽化合物的合成路线示意图。
图2为“困难多肽”固相合成技术的流程示意图。
图3中A；普通固相合成方法合成的[Leu6]JR 10-mer的LC-MS图，B：实施例1合成的[Leu6]JR 10-mer多肽粗品的LC-MS图，C：实施例1中“困难多肽”[Leu6]JR 10-mer的多肽序列及纯化后产物的LC-MS示意图(下划线标记处为二肽化合物引入位点)。
图4中A；普通固相合成方法合成的[Cys306]2B4(294-312)的LC-MS图，B：实施例2合成的[Cys306]2B4(294-312)多肽粗品的LC-MS图，C：实施例2中“困难多肽”[Cys306]2B4(294-312)的多肽序列及纯化后产物的LC-MS示意图(下划线标记处为二肽化合物引入位点)。
图5中A；普通固相合成方法合成的HIV-PR(85-99)的LC-MS图，B：实施例3合成的HIV-PR(85-99)多肽粗品的LC-MS图，C：实施例3中“困难多肽”HIV-PR(85-99)的多肽序列及纯化后产物的LC-MS示意图(下划线标记处为二肽化合物引入位点)。
图6中A；普通固相合成方法合成的AS-48(33-44)的LC-MS图，B：实施例4合成的AS-48(33-44)多肽粗品的LC-MS图，C：实施例4中“困难多肽”AS-48(33-44)的多肽序列及纯化后产物的LC-MS示意图(下划线标记处为二肽化合物引入位点)。
图7中A；普通固相合成方法合成的[Gly8]GLP(7-24)hydrazide的LC-MS图，B：实施例5合成的[Gly8]GLP(7-24)hydrazide多肽粗品的LC-MS图，C：实施例5中“困难多肽”[Gly8]GLP(7-24)hydrazide的多肽序列及纯化后产物的LC-MS示意图(下划线标记处为二肽化合物引入位点)。
图8为“困难多肽”实施例Thymosinα1的多肽序列及纯化后产物的LC-MS示意图(下划线标记处为二肽化合物引入位点)。
图9为“困难多肽”实施例Amylin的多肽序列及纯化后产物的LC-MS示意图(下划线标记处为二肽化合物引入位点)。
图10为“困难多肽”实施例Aβ(1-42)的多肽序列及纯化后产物的LC-MS示意图(下划线标记处为二肽化合物引入位点)。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
下面结合具体的实施例，对本发明做进一步的详细说明，应该指出，所述具体实施例是对本发明的解释而不是限定。
Fmoc保护的氨基酸水杨醛酯的合成：
如上式所示，将1当量Fmoc保护的氨基酸溶于无水二氯甲烷中，向反应液中依次加入1.1当量水杨醛、2.0当量PyBOP与2.0当量DIEA，室温下继续反应12小时。反应结束后，加入适量二氯甲烷稀释反应液，再分别用10％柠檬酸溶液、5％碳酸氢钠溶液及饱和食盐水洗涤三次。有机相经无水硫酸钠干燥后，减压蒸馏除去溶剂，粗产物经快速柱层析纯化的到Fmoc保护的氨基酸水杨醛酯，用于后续合成中。
实施例1：[Leu6]JR 10-mer的合成
将Fmoc保护的亮氨酸水杨醛酯与丝氨酸苄酯(两者摩尔比为1：1)溶于吡啶/醋酸(摩尔比为1：1)混合溶液中，室温下反应1小时。反应结束后，冻干除去反应溶剂，所得中间体与10％钯碳置于反应瓶中，在氢气保护下，加入甲醇溶剂，室温下搅拌1小时，反应结束后，减压蒸馏除去溶剂得到粗产品，目标产物无需进一步纯化，直接用于多肽固相合成中。
将2摩尔数的Fmoc-Gly-OH和4摩尔数的DIEA加至2-氯三甲苯树脂上，得到Fmoc-Gly-树脂化合物。将20体积％哌啶的DMF溶液加至该树脂上，脱除Fmoc保护基得到NH2-Gly-树脂化合物。
继续在树脂上连接第二个氨基酸，将4摩尔数的Fmoc-Ile-OH、4摩尔数的HATU和8摩尔数的DIEA的DMF溶液加至所述树脂上，得到Fmoc-Ile-Gly-树脂化合物。将20体积％哌啶的DMF溶液加至该树脂上，脱除Fmoc保护基得到NH2-Ile-Gly-树脂化合物。
在所述树脂上连接二肽化合物，将4摩尔数的Fmoc-Leu-Ser(ψPhenolpro)-OH、4摩尔数的DIC和4摩尔数的Oxyma pure的DMF溶液加至所述树脂上，得到Fmoc-Leu-Ser(ψPhenolpro)-多肽-树脂化合物。将20体积％哌啶的DMF溶液加至该树脂上，脱除Fmoc保护基得到NH2-Leu-Ser(ψPhenolpro)-多肽-树脂化合物。
重复进行氨基酸或二肽化合物的偶连反应，并脱除Fmoc保护基，直至获得具有目标序列的多肽-树脂化合物。将裂解液(95％TFA、2.5％TIPS、2.5％H2O)加至所述树脂上，反应2小时，得到目标多肽粗品，再经制备液相纯化得到目标产物H-WFTTLLSTIG-OH。结果如图3所示。
实施例2：[Cys306]2B4(294-312)的合成
参照实施例1的方法，其中所用的树脂载体为2-氯三甲苯树脂，所用的二肽化合物为Fmoc-Ser-Ser(ψPhenolpro)-OH，二肽化合物的合成原料为Fmoc保护的丝氨酸水杨醛酯与丝氨酸苄酯，合成方法与实施例1相同，结果如图4所示。
实施例3：HIV-PR(85-99)的合成
参照实施例1的方法，其中所用的树脂载体为Rink amide HMBA树脂，所用的二肽化合物为Fmoc-Leu-Thr(ψPhenolpro)-OH，二肽化合物的合成原料为Fmoc保护的亮氨酸水杨醛酯与苏氨酸苄酯，合成方法与实施例1相同，结果如图5所示。
实施例4：AS-48(33-44)的合成
参照实施例1的方法，其中所用的树脂载体为2-氯三甲苯树脂，所用的二肽化合物为Fmoc-Gly-Ser(ψPhenolpro)-OH，二肽化合物的合成原料为Fmoc保护的甘氨酸水杨醛酯与丝氨酸苄酯，合成方法与实施例1相同，结果如图6所示。
实施例5：[Gly8]GLP(7-24)hydrazide的合成
参照实施例1的方法，其中所用的树脂载体为2-氯三甲苯树脂，所用的二肽化合物为Fmoc-Ser-Ser(ψPhenolpro)-OH，二肽化合物的合成原料为Fmoc保护的丝氨酸水杨醛酯与丝氨酸苄酯，合成方法与实施例1相同，结果如图7所示。
实施例6：Thymosinα1的合成
参照实施例1的方法，其中所用的树脂载体为2-氯三甲苯树脂，所用的二肽化合物为Fmoc-Ile-Thr(ψPhenolpro)-OH，二肽化合物的合成原料为Fmoc保护的异亮氨酸水杨醛酯与苏氨酸苄酯，合成方法与实施例1相同，结果如图8所示。
实施例7：Amylin的合成
参照实施例1的方法，其中所用的树脂载体为Rink amide HMBA树脂，所用的二肽化合物为Fmoc-Ala-Thr(ψPhenolpro)-OH、Fmoc-Ser-Ser(ψPhenolpro)-OH和Fmoc-Leu-Ser(ψPhenolpro)-OH，二肽化合物的合成原料分别为Fmoc保护的丙氨酸水杨醛酯与苏氨酸苄酯，Fmoc保护的丝氨酸水杨醛酯与丝氨酸苄酯，Fmoc保护的亮氨酸水杨醛酯与丝氨酸苄酯，合成方法均与实施例1相同，结果如图9所示。
实施例8：Aβ(1-42)的合成
参照实施例1的方法，其中所用的树脂载体为2-氯三甲苯树脂，所用的二肽化合物为Fmoc-Asp-Ser(ψPhenolpro)-OH、Fmoc-Gly-Ser(ψPhenolpro)-OH，二肽化合物的合成原料分别为Fmoc保护的天冬氨酸水杨醛酯与丝氨酸苄酯，Fmoc保护的甘氨酸水杨醛酯与丝氨酸苄酯，合成方法均与实施例1相同，结果如图10所示。
实施例9：“困难序列”得率和纯度测试：
对上述实施例1-5和普通固相合成方法合成的困难多肽的得率和纯度进行测试，结果如表1和图3-图7所示。
表1基于不同方法的“困难序列”合成及其产率
其中，A：普通固相合成方法；B:基于ψ2-hydroxyphenylpro类二肽化合物的合成方法。
由此可知，本发明基于ψ2-hydroxyphenylpro类二肽化合物的合成方法有效地提高了“困难多肽”的固相合成产率与纯度。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种“困难多肽”的合成方法，其特征在于，包括：
将氨基保护的α-氨基酸水杨醛酯，与丝氨酸或苏氨酸苄酯进行连接反应，得到全保护的二肽中间体，然后，将所述全保护的二肽中间体进行氢化反应，脱除苄基保护，合成得到ψ2-hydroxyphenylpro类二肽化合物；
在固相树脂上采用固相合成策略将ψ2-hydroxyphenylpro类二肽化合物引入多肽序列，得到具有目标序列的多肽；
将所述具有目标序列的多肽从固相树脂上裂解下来，同时酸解开环，得到目标多肽产物。
2.如权利要求1所述的“困难多肽”的合成方法，其特征在于，所述ψ2-hydroxyphenylpro类二肽化合物的结构式如下式所示：
其中，R1为任何侧链，R2为H或Me。
3.如权利要求1所述的“困难多肽”的合成方法，其特征在于，所述ψ2-hydroxyphenylpro类二肽化合物引入多肽序列的方法为按照目标序列依次进行氨基酸或二肽片段的偶合。
4.如权利要求1所述的“困难多肽”的合成方法，其特征在于，氨基酸与二肽化合物的临时保护基团为Fmoc。
5.如权利要求1所述的“困难多肽”的合成方法，其特征在于，所述固相树脂为2-氯三甲苯树脂、Rink树脂、HMPA-PEGA树脂、Wang树脂或FMPB AM树脂。
6.如权利要求1所述的“困难多肽”的合成方法，其特征在于，氨基保护的α-氨基酸为Fmoc保护的天然或非天然氨基酸；
或，连接反应的溶剂为醋酸和吡啶混合溶液；
或，氢化反应的溶剂为甲醇或乙酸乙酯。
7.如权利要求1所述的“困难多肽”的合成方法，其特征在于，固相合成过程中，反应溶剂为二氯甲烷、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二乙基甲酰胺、氯仿、四氢呋喃、N-甲基吡咯烷酮和二甲基亚砜中的一种或多种；
或，偶合反应中，缩合试剂为HATU、HBTU、DCC、DIC、EDCI、PyBOP、PyAOP、Oxyma pure、HOAT、HOBT、HOOBT、BOAT、DMAP中的一种或几种；
或，Fmoc保护基的脱除溶液为哌啶和DMF的混合溶液。
8.如权利要求1所述的“困难多肽”的合成方法，其特征在于，多肽裂解液为三氟乙酸、三乙基硅烷和水的混合物，体积比例为95：2.5：2.5，裂解时间为120min-180min。
9.权利要求1-8任一项所述的方法合成的多肽在制备免疫系统、心血管系统、内分泌系统、血液系统或消化系统疾病的药物中的应用。
10.ψ2-hydroxyphenylpro类二肽化合物在制备多肽中的应用。
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