研究背景：肽和蛋白质的后修饰对生物分子工程和药物发现极其重要。与其他经典氨基酸相比，半胱氨酸由于其含量低、固有的亲核性和低丰度，在蛋白质或肽的特异性修饰策略方面备受关注。以往的半胱氨酸修饰策略主要包括以下几种：（1）亲核取代（碘乙酰胺）；（2）S-迈克尔型添加（马来酰亚胺衍生物）；（3）二硫交换反应；（4）与活化杂芳族化合物反应；（5）高价碘试剂；（6）阳离子活化试剂；（7）应变释放试剂；（8）光催化反应。目前，尽管对半胱氨酸的生物偶联取得了巨大进展，但仍然需要开发一种成本低、简单高效、和高原子利用率的半胱氨酸生物偶联方法。此外，随着生物正交反应的发展，开发一种在功能化过程中产生新的可操纵正交官能团用于二次标记显得尤为重要。5-取代1,2,3-三嗪化合物是一类三个氮原子相邻的六元芳香族杂环化合物，具有很强的亲电性。此外，1,2,3-三嗪化合物与伯胺、仲胺和硫醇的反应产物中都含有一个醛基，可作为一个强大的二次标记可操纵生物正交柄。然而，开发一种可用于生物正交标记的1,2,3-三嗪化合物具有很大的挑战性：（1）1,2,3-三嗪化合物不稳定，且复杂官能团衍生物尚未见报道；（2）在保证1,2,3-三嗪化合物结构多样化的同时，需确保化合物的稳定性和可用性；（3）需确定1,2,3-三嗪化合物与胺和硫醇的反应性如何决定肽修饰的化学选择性；（4）在水相中利用1,2,3-三嗪化合物对水溶性生物分子进行功能化来平衡反应性是困难的。解决方案：在本研究中，作者首次报道了一种5-取代1,2,3-三嗪衍生物，在一锅中实现了生理溶液中肽和蛋白质半胱氨酸的特异性多功能生物偶联。该偶联策略结合了精准修饰和生物正交性，同时生成醛基团可进行双正交的生物分子功能化，满足了“一次修饰，两个生物正交基团”的三重标记需求，具有极高原子经济性，扩展了化学生物学的工具箱，如图1所示。不同功能基团的1,2,3-三嗪衍生物可与多肽或蛋白质结合，双三嗪则可用于肽的环化、同源二聚和异源二聚，如图2所示。此外，双三嗪的稳定性研究表明，在高GSH浓度下，双三嗪具有可逆的多肽修饰潜力。最后，作者以BSA为模型蛋白，利用5-取代1,2,3-三嗪化合物实现了对蛋白质的直接修饰和二次标记，如图3所示。![]()
图1：5-取代1,2,3-三嗪衍生物用于肽和蛋白质半胱氨酸的特异性多功能生物偶联。
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图2：双三嗪用于肽的环化、同源二聚和异源二聚。
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图3：5-取代1,2,3-三嗪化合物实现了BSA的半胱氨酸直接修饰和二次标记。
结论：本项研究首次建立了一种利用5-取代-1,2,3-三嗪衍生物对生理溶液中多肽或蛋白质的半胱氨酸进行特异性修饰的平台，为多肽的药物开发、蛋白质生物偶联和化学生物学研究提供了新的途径。参考文献：Rui Wang, et al. Cysteine-Specific Multifaceted Bioconjugation of
Peptides and Proteins Using 5-Substituted 1,2,3-Triazines. Adv. Sci. 2024,11, 2308491.
