有機多肽藥物合成方法的研究進展

于妹燕等

【摘要】 多肽藥物的主要特點是生物活性高、藥用劑量小、副作用低、產業化開發優勢明顯等， 現在多肽藥物合成已成為全球關注的熱點之一. 多肽的化學合成是在近40年里發展起來的經典的合成方法。本文對多肽合成方法的最新進展，特別是對固相方法合成多肽、液相方法合成多肽以及新型多肽藥物合成技術在多肽合成中的應用進展進行綜述。

【關鍵詞】有機合成；多肽藥物；研究進展；合成方法

【中圖分類號】R969.1 【文獻標識碼】B【文章編號】1004-4949（2015）02-0377-02

基金項目：內蒙古醫科大學博士啟動基金（bsjj201301）

1.引言

我們在自然界中可以看到各種各樣的活性多肽，它們具有自己特有的生物功能。這些種類繁多的多肽，從化學結構上來看，都是氨基酸的單體組成的。生物體內各種細胞功能都相關的生物活性物質就是人們說的多肽，多肽是α-氨基酸以肽鍵連接在一起而形成的化合物，它也是蛋白質水解之后的中間體，多肽的分子結構是介于蛋白質和氨基酸之間的化合物，是由多種氨基酸按照一定的排列順序通過肽鍵結合而產生的有機化合物。多肽是作為抗菌物質和生物的信號分子在自然界中被發現的，其多樣的功能醫藥品原料和機能性食品等廣泛領域的用途開發被推進。多肽是生物體內各種細胞功能必需的生物活性化合物，是人體的重要組成物質、營養物質，它廣泛分布于人體各處，特別是大腦里，對幾乎所有的細胞功能都有調節作用，常常被應用于功能分析、抗體研究、尤其是藥物研發等領域。人體如果缺失了多肽，免疫系統、各功能系統就會發生紊亂，就會出現各種慢性病。為了得到具有特定排列順序的合成多肽，采用任意的合成方法是行不通的，而只能采用逐步縮合的合成方法。[1-2]

1963年多肽合成技術方面Merrifield研發與發展了固相多肽合成方法，而且把固相合成法成功的應用在多肽與有機合成中，固相合成法經過不斷的改進和完善，現在固相法已成為多肽與預計合成的一個常用與成熟的合成技術，它表現出了多肽液相合成法無法相比的優點，從而大大的減輕了每步產品提純的難度。多肽合成方法總的來說有兩種：液相多肽合成法和固相多肽合成法。1963年，Merrifield首次發展了固相多肽合成方法（SPPS），由于其合成中方便，迅速，成為多肽合成的首選方法，而且帶來了多肽有機合成上的一次革命，并成為了一支獨立的學科——固相有機合成，固相合成的發明同時促進了肽合成的自動化。世界上第一臺真正意義上的多肽合成儀出現在1980年代初期。逐步固相多肽合成能合成5-50aa的多肽，對于大于200aa的多肽，通過片段濃縮及連接技術來合成。下面介紹傳統的兩種多肽合成方法。[3-4]

1.1 固相多肽合成

固相多肽合成方法現在使用的主要有兩種：BOC（叔丁氧羰基）和FMOC（9-芴甲基氧羰基）兩種。BOC方法合成多肽過程中，需要反復使用TAF（三氟乙酸）脫去BOC，而且在最后從固體上切割下來時需要使用HF（氫氟酸），由于HF有極強的腐蝕性和劇毒，所以必須使用專門的儀器進行操作，而且切割過程中容易產生副反應，因此使用時受到實驗條件限制，現在使用也逐漸減少。FMOC方法合成多肽反應條件溫和，在一般的實驗條件下就可以進行合成，因此，也得到了非常廣泛的應用。多肽合成是一個重復添加氨基酸的過程，固相合成順序一般從C端（羧基端）向N端（氨基端）合成。重復上述肽鍵形成反應，使肽鏈從C端向N端生長，直至達到所需要的肽鏈長度。最后脫去保護基X，用HF水解肽鏈和固相載體之間的酯鍵，就得到了合成好的肽。

固相合成的優點主要表現在最初的反應物和產物都是連接在固相載體上，因此可以在一個反應容器中進行所有的反應，便于自動化操作，加入過量的反應物可以獲得高產率的產物，同時產物很容易分離。

1.2 液相多肽合成

液相多肽合成現在仍然廣泛的使用，在合成短肽和多肽片段上具有合成規模大，合成成本低的顯著優點，而且由于是在均相中進行反應，可以選擇的反應條件更加豐富，像一些催化氫化，堿性水解等條件，都可以使用，這在固相中，使用卻由于反應效率低，以及副反應等原因，無法應用。液相多肽合成中主要采用BOC和Z兩種反應策略。液相多肽合成法是末端氨基酸依次一個一個跟氨基酸縮合，先讓數個片段分縮合，后每個片段縮合法，液相合成法操作效率高等優點。

1.3 新型合成技術

多肽的化學合成技術無論是液相合成法還是固相合成法都已成熟。它們都有各自的優點和弱點，若果能把固相合成法的分離純化的簡便性和液相合成法的良好的反應性相結合的新型多肽合成法被研發的話對多肽藥物合成來說能稱為新的突破點?，F在這種新型合成法不斷被研發，發展了許多新方法。如疏水性標記物，化學修飾及綠色合成等在研究有機多肽藥物液相合成中的應用等方法，應用這種新型合成法，合成以往的方法合成較為困難的多肽。[5-7]

2. 多肽合成的研究歷史

多肽合成研究已經走過了一百多年的光輝歷程，1871年夏爾（Schaal）曾經用天冬氨酸聚合得到多聚產物，但當初沒合成特定排列順序的多肽，本世紀初才由愛米爾·費歇爾（Emil Fischer）開始合成了具有特定順序的多肽的合成。1902年，Emil Fischer首先開始關注與研發多肽合成，由于當時在多肽合成方面的知識與報道太少，科研與進展也相當的緩慢，直到1932年，貝爾格曼（Max Bergmann）等人開始使用多肽合成中Z（芐氧羰基）來保護α-氨基，多肽合成才開始有了一定的發展與改善。到了20世紀50年代，很多有機化學家們合成了大量的具有生物活性多肽，包括胰島素，催產素等，同時在多肽合成方法以及氨基酸保護基上面也取得了不少成績，這些為后來的多肽固相合成方法的出現提供了理論基礎和實驗依據。1963年，Merrifield首次提出了多肽固相合成方法（SPPS），這個在多肽化學上具有里程碑意義的合成方法，一出現就由于其合成方便，迅速，成為多肽合成的首選方法，而且帶來了多肽有機合成上的一次革命，并成為了一支獨立的學科——固相有機合成（SPOS），為此，Merrifield榮獲了1984年的諾貝爾化學獎。Merrifield經過了反復的篩選與改善，累積了一些合成方法最終屏棄了Z（芐氧羰基）在固相上的使用，首先將BOC（叔丁氧羰基）用于保護α-氨基并在固相多肽合成上使用，同時，Merrifield在60年代末發明了第一臺全自動多肽合成儀，并首次合成生物蛋白酶，核糖核酸酶（124個氨基酸）。1972，首先Lou Carpino 將FMOC（9-芴甲氧羰基）用于保護α-氨基，其在堿性條件下可以迅速脫除FMOC，數分鐘就可以反應完全，而且由于其反應條件溫和，可選擇的反應條件更加豐富，在一般的實驗條件下就可以進行合成，迅速得到廣泛的使用，代表性的保護基BOC和FMOC方法為基礎的各種肽自動合成儀也陸續被出現和發展，并仍在不斷得到改造和完善。同時，固相合成樹脂，標記物，多肽縮合試劑，原料以及氨基酸保護基，包括合成環肽的氨基酸保護上也取得了較好的成果。同時，在多肽合成方法上也有了不少新的發展與改善，無論在氨基酸的選擇，縮合劑，保護基，溶劑的選擇，反應條件以及生成物的分離純化等方面都有新的改進和新的發現。[8-9]

3. 多肽合成的研究及應用現狀

到現在，人們已經在人體和生物體中發現和分離出幾百多種多肽類化合物，關于多肽藥物的研究與應用，也取得了巨大的改善與進步，引發了未來的多肽藥物研究熱潮。多肽藥物的合成不僅具有很重要的理論意義，而且具有重要的應用價值，多肽藥物的研究成為了醫學，應用生命科學及分子生物學研究的重點對象，世界各國家無不撥出巨款來建立各種規模的研究團隊及多肽研究中心，以期在這一重要領域中取得突破性進展?，F在已經知道，一些活性多肽也在不同程度上存在著像蛋白質中的那種螺旋和折疊，但由于活性多肽的肽鏈較短，次級鍵的作用力也較弱，因而高級結構的表現一般是不完全的，而且構象的穩定性也較差，在溶液中很容易松散而變成隨意的結構。只有當肽鏈的氨基酸數目增大到一定的程度以后，才有可能具備高級結構所需要的足夠的次級鍵作用力而產生蛋白質特有的穩定高級結構。現在具有生物活性的多肽已經廣泛地應用在臨床檢測、如多肽藥物在醫學研究、醫藥品的探索，疾病防治和治療及抗體的調制等，還有多肽食品，多肽化妝品等領域?；钚噪呐c生物的發育、生長代謝、免疫、疾病、學習、記憶和衰老都有極其密切的關系，因而引起了各國科學家包括有機化學家、生物化學家、藥物化學家、結構化學家等與生命科學有關的科學家的高度重視。[10-11]

4.存在的問題

現在，肽合成法的主流形成的方法是根據Merrifield確立了固相合成法。這個方法是聚苯乙烯為首的各種各樣的固相載體（珠）的表面上氨基酸依次結合，固體上肽鏈合成后，在最后階段的固體表面上從開場白目的物得到的合成法。載體是溶媒惰性，因為反應試劑不是溶劑清洗就可以徹底消除，柱分離必要不可缺少的傳統的液相合成法比較分離精制非常簡便。因此，固相合成法是許多的研究者而被辦理，飛躍的進化了。

近年來，可是，這樣的優秀的應用的例子被開發了的反面，固相合成法相比液相合成法的話反應性低，收益低的情況，很難規模，固相合成法有這樣的特別的缺點也存在。在液相多肽合成中，每次接肽以后都需要對產物的分離純化或結晶以便除去未反應的原料和副產物。這個步驟相當費時間而且麻煩，因操作帶來的損失往往也很大。[12-13]

5. 展望

多肽藥物具有生物活性高、藥用劑量小、但是其代謝不穩定、半衰期短及較難通透組織屏障等缺點嚴重阻礙了多肽新藥在臨床治療中的廣泛應用.本綜述中說的新型合成法被研發的話，通過這些新型合成法的應用，以期加快多肽藥物的合成及臨床應用的步伐.

目前，多肽藥物的特點具有藥用劑量小、副作用低、生理活性高、易于進入應用等，已經廣泛應用于臨床。同時，多肽藥物生產排放廢物少及副產物少等，也令制藥企業更多地投入到這一綠色合成等領域。事實上，因多肽藥物的較好應用前景，其已成為應用生命科學及藥物化學研發的重點之一。本文綜述了多肽藥物的合成研究進展，闡述了多肽合成中液相合成法及固相的合成方法，并對多肽藥物的前景進行了展望。

多肽藥物和診斷試劑已引起我國的高度重視，我國制定的“十五”期間生物醫藥研究的重點方向之一就是多肽藥物和診斷試劑。在未來幾年里將會有大量的多肽藥物和試劑進入臨床試驗。隨著各種技術手段的不斷提高，相信未來多肽藥物具有不可估量的應用前景。[14-16]

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