通过共价交联剂约束的多环肽可以保持稳定的三维结构，而无需整合非共价相互作用的核心，因此与蛋白质相比具有更大的表面体积比。这使得多环肽成为开发药理学工具和治疗剂的一种有吸引力的分子模式。一个特别有趣的例子是自然产生的具有保守半胱氨酸模式的富二硫肽(DRPs)，其内部主要由二硫键组成。它们的大部分非半胱氨酸残基可以在不破坏结构完整性的情况下发生突变，从而使这些DRPs通过分子进化实现功能多样化，结合各种生物靶点。然而，它们的二硫框架的保守性限制了天然DRPs的结构多样性。近年来，计算方法已经发展到重新设计具有稳定结构和有用功能的DRPs。虽然功能强大，但大多数设计的DRPs广泛依赖于非共价相互作用来配置球状核，因此与天然存在的DRPs相比，其表面体积比较小，这反过来导致在设计靶向功能结合物时氨基酸残基的有效利用率较低。
除了自然存在和计算设计的DRPs外，近年来，利用二硫定向基序开发了一类DRPs，包括CXC, CPPC和CPXXC (C：半胱氨酸；P：脯氨酸；X：任意氨基酸)来指导随机序列的氧化折叠。通过简单地改变半胱氨酸基序/半胱氨酸模式和分离它们的残基数量，已经设计了大量的DRPs。由于它们对广泛的序列操作具有高耐受性，这些DRPs适合作为构建肽库的模板，在此基础上，已经开发出与细胞表面受体具有高亲和力的选择性多环肽配体。因此，这些研究为在序列和结构空间中设计和发现多环肽开辟了一条途径，这在以前是通过自然发生的支架和计算设计无法实现的。尽管如此设计多环肽支架的能力仍然有限，这些支架不仅结构多样，而且能够耐受广泛的序列操作。值得注意的是，在过去的十年中，只有三个二硫化物定向基序被成功地鉴定出来。鉴定具有强大的指导肽氧化折叠能力的潜力仍然不确定。这一限制对开发更多的多环肽结合剂和治疗方法构成了重大障碍。相信设计或发现更多的二硫定向基序是扩大多环肽库的序列和结构多样性的关键，这对肽配体和药物发现至关重要。
包含串联基序的肽的设计和氧化（图源自Nature Communications ）
研究了每个二硫定向基序(即CXC, CPPC和CPXXC)之间的二硫配对相互作用，并开发了一系列具有独特二硫定向作用的串联基序，用于设计不同的DRPs(或称为二硫定向多环肽：DDMPs)。这些DDMPs含有多达四个二硫键，然而，它们在精确的二硫配对的氧化折叠中是高效的。以这些DDMPs为模板，利用噬菌体展示系统开发了肽库，并发现了与肿瘤抗原和免疫共刺激受体等多种具有纳摩尔亲和力的肽结合物。研究提供了一种通过合理组合不同的三半胱氨酸二硫定向基序来设计和发现具有稳定三维结构和有用功能的多环肽的方法，从而启发了其他二硫定向基序的发现以及它们之间更多样化的组合。
参考消息：
https://www.nature.com/articles/s41467-024-51723-w
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