2024年2月23日，中國科學(xué)院上海藥物研究所黃蔚課題組于Angew. Chem. Int. Ed.發(fā)表了題為Site- & Stereoselective Glycomodification of Biomolecules through Carbohydrate-Promoted Pictet-Spengler Reaction的研究論文，基于糖底物的反應(yīng)特性，實現(xiàn)了生物分子N端色氨酸選擇性的糖修飾，為均一糖偶聯(lián)物的構(gòu)建提供了一種高效的方法，同時也為生物分子的結(jié)構(gòu)和功能調(diào)控提供了一種可行的途徑。

糖類在眾多基礎(chǔ)的生命活動中均扮演著重要角色，揭示其在生物學(xué)中的作用以及與疾病發(fā)生的關(guān)系并進行干預(yù)，一直是近些年來的研究熱點。結(jié)構(gòu)明確且均一的糖類，可以更好地滿足糖生物學(xué)相關(guān)的研究；天然來源的糖類往往存在不均一性，通過化學(xué)手段對其進行編輯，不僅可以得到更均一的結(jié)構(gòu)，同時可以大大拓展其多樣性，從而促進相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展。

中國科學(xué)院上海藥物所黃蔚教授長期從事糖類藥物研究（J. Med. Chem. 2023, 66, 7179; J. Med. Chem. 2023, 66, 1011; Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202117849; Acta Pharm. Sin. B 2022, 12, 2417; Nat. Chem. Bio. 2020, 16, 766; J. Med. Chem. 2018, 61, 286; Nat. Protoc. 2017, 12, 1702）,致力于通過糖結(jié)構(gòu)特點解決相關(guān)科學(xué)及臨床問題。延續(xù)這一研究興趣，近期其團隊基于C6-氧化的糖底物獨特的反應(yīng)特性，發(fā)展了一類生物分子N端色氨酸選擇性的糖修飾策略，解決了傳統(tǒng)Pictet-Spengler反應(yīng)在生物偶聯(lián)中效率低的難題，首次實現(xiàn)了蛋白N端色氨酸選擇性的定點修飾，構(gòu)建了一系列結(jié)構(gòu)均一且連接穩(wěn)定的糖偶聯(lián)物。

圖1：基于糖促進的Pictet-Spengler反應(yīng)的糖修飾策略

該策略反應(yīng)條件溫和，無需催化劑，僅在中性的緩沖液中即可高效地得到單一的反應(yīng)產(chǎn)物。標(biāo)準(zhǔn)條件下，不同類型的單糖（葡萄糖、N-乙酰葡萄糖胺、半乳糖、N-乙酰半乳糖胺、甘露糖等）、二糖（乳糖、蜜二糖、N-乙酰乳糖胺），以及來源于唾液酸糖肽（SGP）的復(fù)雜寡糖SCT，均可以高效地與N-端色氨酸底物進行生物偶聯(lián)反應(yīng)。另一方面，利用醛基糖探針，可以快速地在預(yù)裝N-端色氨酸的生物分子（多肽、蛋白）中引入糖片段，得到結(jié)構(gòu)均一的糖修飾產(chǎn)物。?

圖2：N端色氨酸選擇性的糖修飾

更進一步，這一基于糖的Pictet-Spengler反應(yīng)也可以成功應(yīng)用于糖肽、糖蛋白（抗體）的糖基位點的特異性修飾，進一步偶聯(lián)細胞毒藥物MMAE，即可制備糖位點特異性的抗體藥物偶聯(lián)物（ADC）。體外活性評價顯示，制備的ADC化合物相比MMAE,具有優(yōu)秀的HER2選擇性殺傷作用。此外，該反應(yīng)也可以很好地用于活細胞標(biāo)記，相比于經(jīng)典的羥胺標(biāo)記法，該方法具有同等的標(biāo)記效率，無需苯胺催化，形成的化學(xué)結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，更利于后續(xù)生物學(xué)研究。

圖3：糖基位點的選擇性修飾

作者通過對照實驗發(fā)現(xiàn)，醛基α-位的氧原子結(jié)構(gòu)以及N-端色氨酸的吲哚N-H結(jié)構(gòu)是反應(yīng)能夠順利發(fā)生的關(guān)鍵因素。KIE實驗表明，反應(yīng)過程中吲哚環(huán)的重新芳構(gòu)化可能是反應(yīng)的決速步。進一步地，DFT計算表明，醛基α-位氧原子與吲哚N-H之間形成氫鍵作用可以降低決速步的反應(yīng)能壘。

上海藥物所助理研究員劉博為論文第一作者，上海藥物所黃蔚研究員為論文通訊作者；同時感謝上海藥物所鄭明月研究員和付尊蘊博士在DFT計算中給予的支持。本研究得到了國家重點研發(fā)計劃項目、國家自然科學(xué)基金、上海市“揚帆計劃”、中國科學(xué)院特別研究助理項目、中國博士后科學(xué)基金、杭州創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)領(lǐng)導(dǎo)團隊項目及臨港實驗室等項目的基金支持。