固相合成中的“仿生思想”：模拟核糖体功能的分子反应器用于大空间位阻的多肽合成

分享一篇发表在Nature Chemistry上的文章，题目为“Immobilized acyl-transfer molecular reactors enable the solid-phase synthesis of sterically hindered peptides”，通讯作者是来自南京大学的姚祝军教授和刘发博士，研究方向为天然产物全合成。

多肽类药物出于其优良的靶点特异性和良好的生物安全性而备受青睐，但通常面临稳定性差和细胞通透性较差的问题。掺入特定的带有空间位阻的氨基酸已被证明能够用于增强肽的体内稳定性并改善膜通透性。但由于目前固相合成SPPS需要完成从液相活性酯到固相上氨基的两相酰基转移反应，通常需要在合成过程中使用大过量的氨基酸活性酯，同时在面对合成空间位阻较大的多肽时表现出反应速率慢和转化产率低的问题。为了解决这些问题，本文作者借鉴了生物体系中核糖体组装多肽的原理，作为一种不断循环迭代的分子机器，将氨酰基tRNA和肽段tRNA在空间上相互邻近从而促进酰胺键的组装。由此开发了一种模拟核糖体装配多肽的分子反应器（RMMR），以实现固定化树脂上迭代运行的邻近单相酰基转移反应，大幅度提高了空间位阻多肽的合成效率。

在该分子反应器中，包括两个关键组分，一段是“肽锚定点”，用于模拟核糖体上的长肽段tRNA，另外一部分是羧基活化位点，用于活化氨基酸变为活性酯以模拟待组装的氨酰基tRNA。具体合成过程为：首先在DIC等缩合剂的帮助下实现固相上氨基酸活性酯的合成。随后树脂上原本暴露的氨基将会和活化中间体发生缩合反应实现酰基转移，这种酰基转移反应理论上能够在树脂分子内以及分子间发生。随后通过哌啶处理对未反应的活性酯进行淬灭，同时脱去Fmoc基团从而准备下一轮的迭代反应。这样，原本功能化的树脂在此转变成在氨基酸偶联过程中促进酰胺键形成的迭代反应平台。这种反应策略能够显著提高反应物的有效摩尔浓度，并且避免了酰基从溶液相到树脂相的不良扩散过程。

实验部分，作者首先在市售的树脂上进行了改性，通过多种偶联反应在其上添加了用于产生活性酯的亲核基团如HOBt等，得到带有四个活化位点的RMMR树脂，这种改性后的树脂表现出和商业化树脂近似的溶胀能力和稳定性，并通过HPLC等手段证明了在合成常规多肽上表现出和普通商业化树脂相近的性能。