多肽固相合成的研究進(jìn)展

劉立偉

摘 要：多肽是一類非常重要的生物活性物質(zhì)，在治療某些疾病方面具有獨(dú)特的療效，因此其化學(xué)合成有著非常重要的意義。文章介紹了多肽固相合成的原理、方法、固相載體的選擇、連接分子的種類及肽鍵的形成等，揭示了固相合成多肽存在的問(wèn)題并展望了其研究前景。

關(guān)鍵詞：多肽 固相合成

1 多肽的概述

多肽是普遍存在于生物體內(nèi)由氨基酸組成的生物活性物質(zhì)，它是由多種氨基酸按照一定的排列順序通過(guò)肽鍵結(jié)合而成。在生物體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的多肽已達(dá)數(shù)萬(wàn)種，由于其具有廣泛的生物活性及良好的安全性，因此已日益受到藥物研發(fā)工作者的重視。尤其在20 世紀(jì)90 年代以后，隨著多肽合成技術(shù)的日臻成熟，越來(lái)越多的活性多肽已被開(kāi)發(fā)并廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、食品、化妝品、農(nóng)業(yè)及畜牧業(yè)等領(lǐng)域。

合成多肽的方法主要是指化學(xué)合成法，其中液相合成和固相合成是最主要的合成方法，無(wú)論是液相法還是固相法都已經(jīng)很成熟。液相合成多肽主要有逐步合成和分段合成兩種途徑，它在多肽的工業(yè)化生產(chǎn)方面有非常重要的應(yīng)用。與經(jīng)典的液相合成多肽方法相比，固相法合成多肽更以其省時(shí)、省力、省料、便于計(jì)算機(jī)控制、便于普及推廣的突出優(yōu)勢(shì)而成為肽合成的常規(guī)方法并擴(kuò)展到核苷酸合成等其它有機(jī)物領(lǐng)域。

2 多肽的固相合成

1963 年Merrifield 提出固相多肽合成方法（ SPPS，Solid Phase Peptide Synthesis） ，為多肽研究開(kāi)辟了廣闊的天地，并極大地推動(dòng)了分子生物學(xué)等領(lǐng)域的發(fā)展，為此1984年Merrifield 被授予了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。

2.1 固相合成的基本原理

多肽合成是一個(gè)重復(fù)添加氨基酸的過(guò)程，合成一般從C 端（ 羧基端） 向N 端（ 氨基端） 合成。首先將目的肽第一個(gè)氨基酸的羧基以共價(jià)鍵的形式與固相載體相連，再以這一氨基酸的氨基為合成起點(diǎn)，經(jīng)過(guò)脫去氨基保護(hù)基并同過(guò)量的活化的第二個(gè)氨基酸反應(yīng)，接長(zhǎng)肽鏈。重復(fù)（ 縮合→洗滌→去保護(hù)→中和及洗滌→下一輪縮合） 操作，達(dá)到所要合成的肽鏈長(zhǎng)度，最后將肽鏈從樹脂上裂解下來(lái)，經(jīng)過(guò)純化等處理，即得所要的多肽。其中α- 氨基用Boc（叔丁氧羰基）保護(hù)的稱為Boc 固相合成法，α- 氨基用Fmoc（9- 甲氧羥基合成）保護(hù)的稱為Fmoc 固相合成法。

2.2 合成方法

2.2.1 Boc 合成法

采用三氟乙酸（ TFA） 可脫除的Boc 為α-氨基保護(hù)基，側(cè)鏈保護(hù)采用芐醇類。合成時(shí)將一個(gè)Boc保護(hù)的α-氨基酸共價(jià)交聯(lián)到樹脂上，用TFA 脫除Boc，三乙胺中和游離的氨基末端，然后通過(guò)DCC 活化、偶聯(lián)下一個(gè)氨基酸，最終采用強(qiáng)酸HF 法或三氟甲磺酸（TFMSA） 將合成的目標(biāo)多肽從樹脂上解離。在Boc 合成法中，由于要反復(fù)地用酸來(lái)脫保護(hù)以便進(jìn)行下一步的偶聯(lián)，這就引入了一些副反應(yīng)，如多肽容易從樹脂上切除下來(lái)，氨基酸側(cè)鏈在酸性條件不穩(wěn)定并發(fā)生副反應(yīng)。

2.2.2 Fmoc 合成法

1978 年，Meienlofer 和Atherton 等人發(fā)展了以Fmoc（9-芴甲氧羰基） 基團(tuán)作為α-氨基保護(hù)基的多肽合成方法—Fmoc 法。在Fmoc 法中，采用了可被堿脫除的Fmoc 作為α-氨基酸的保護(hù)基，側(cè)鏈采用酸脫除的Boc 保護(hù)方法。Fmoc 作為氨基保護(hù)基的優(yōu)點(diǎn)在于它對(duì)酸穩(wěn)定，用TFA 等試劑處理不受影響，僅需用溫和的堿處理，側(cè)鏈用對(duì)堿穩(wěn)的Boc 進(jìn)行保護(hù)等。肽段最后用TFA/二氧甲烷（ DCM） 定量地從樹脂上切除，避免了采用強(qiáng)酸。Fmoc 法與Boc 法相比，由于Fmoc 法反應(yīng)條件溫和，副反應(yīng)少，產(chǎn)率高，而被廣泛應(yīng)用于多肽合成中。

2.3 固相合成的聚合物載體的選擇

將固相合成與其他多肽合成技術(shù)分開(kāi)來(lái)的最主要的特征是固相載體，而能被用作多肽固相載體的聚合物必須滿足以下條件： ①必須包含合適的連接分子（ 或反應(yīng)基團(tuán)） ，使肽鏈能連接在載體上面，并在以后除去。②必須在合成過(guò)程中保持穩(wěn)定并且不與氨基酸分子反應(yīng)。③必須提供足夠的連接點(diǎn)，以滿足肽鏈不斷增長(zhǎng)的需要。 目前用于固相合成的聚合物載體主要有三類： 聚苯乙烯-苯二乙烯交聯(lián)樹脂、聚丙烯酰胺、聚乙烯—乙二醇類樹脂及衍生物。這些聚合物載體只有引入相應(yīng)的連接分子，才能與氨基酸進(jìn)行連接。根據(jù)連接分子的不同，樹脂又被分為幾種類型： 氯甲基樹脂、羧基樹脂、氨基樹脂或酰肼型樹脂。

2.4 連接分子

一個(gè)理想的連接分子必須在整個(gè)合成過(guò)程中十分穩(wěn)定，并在合成后可以定量的切割下來(lái)而又不破壞合成的目標(biāo)分子，同時(shí)連接分子還需要根據(jù)與樹脂相連的肽的C 端的結(jié)構(gòu)類型，裂解后生成的羧酸、酰胺或氨基醇等衍生物來(lái)選擇。固相多肽合成使用過(guò)的連接分子為含有氯甲基、巰甲基、酰氯基、對(duì)苯甲酰基、芳磺酰氯基、烯丙醇基、丁二酰基、鄰硝基芐醇基及二苯氯硅烷等的雙官能團(tuán)化合物。

2.5 肽鍵的形成

固相中肽鍵的形成原理與液相中的基本一致，應(yīng)用的方法主要有縮合劑法、混合酸酐法、酰氯法、活化酯法和原位法等，其中選用DCC、HOBT 或HOBT /DCC 的對(duì)稱酸酐法、活化酯法由于在肽鍵的形成過(guò)程中可以減少副反應(yīng)并抑制消旋的發(fā)生，最終得到的多肽收率高等優(yōu)點(diǎn)而應(yīng)用最廣。

2.6 多肽的切割，沉淀與純化

按既定的順序合成完多肽后，就要把目標(biāo)多肽從樹脂上切割下來(lái)，并進(jìn)行進(jìn)一步的純化。由于多肽的合成有Boc 法和Fmoc 法兩種，因此，它們的切割方法也不完全一樣。在Boc 法中，主要用TFA +HF 裂解和脫側(cè)鏈保護(hù)。在Fmoc 法中直接用TFA進(jìn)行切割。合成肽鏈進(jìn)一步的精制、分離與純化通常采用高效液相色譜、親和層析、毛細(xì)管電泳等。目前應(yīng)用最多的是高效液相色譜法，

3 展望

固相多肽合成已經(jīng)有50 年的歷史了，但是，目前人們還只能合成一些相對(duì)較短的肽鏈，而對(duì)于相對(duì)分子質(zhì)量較大、肽鏈較長(zhǎng)的蛋白質(zhì)類物質(zhì)，固相合成技術(shù)還有很大的局限性。同時(shí)在合成中要用到大量的有毒試劑，合成費(fèi)用昂貴，并伴隨副反應(yīng)、消旋化等問(wèn)題，這些都是不可忽視的問(wèn)題。而在生物體內(nèi)，核糖體上合成肽鏈的速度和產(chǎn)率都是驚人的，那么，是否能從生物體合成蛋白質(zhì)的原理上得到一些啟發(fā)，應(yīng)用在固相多肽合成（樹脂）上，這是一個(gè)令人感興趣的問(wèn)題。同時(shí)，尋找更加綠色、環(huán)保的多肽合成技術(shù)，對(duì)科學(xué)家來(lái)說(shuō)也是一個(gè)重大的挑戰(zhàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 韓香，顧軍.多肽的固相合成。天津藥學(xué)，2002，14（7）：9.

[2] 李正超，韓香.多肽合成方法研究進(jìn)展。武警后勤學(xué)院學(xué)報(bào).2012，22（2）：153-158.