偶联药物合成新策略，硫醇特异性生物偶联剂，选择性极佳！
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科学
2024-08-28 09:00
四川
近年来，利用递送系统进行靶向治疗的生物疗法获得了极大的关注，抗体-药物偶联物（ADC）是治疗各种癌症的主要例子。半胱氨酸是最常用的与抗体结合的氨基酸，因为它在自然界中很稀缺。因此，已经开发了许多硫醇偶联方法（下图A），其中马来酰亚胺−硫醇点击反应因其对硫醇基团的高度特异性及其无专利状态而被最广泛地使用，但其中存在着与反Michael加成和开环相关的问题。不稳定的硅-氧键在酸性或氟化物条件下很容易断裂，也被用作羟基的保护基、癌症细胞中药物释放的不稳定基和聚合物回收。代表性的含硅药物包括Sila Halopper idol、p38 MAP激酶抑制剂和血管紧张素转化酶抑制剂（下图B）。本期小编就给大家介绍一种简单实用的硫醇特异性偶联新技术，使用β-甲硅烷基不饱和羰基化合物作为硫醇特异性点击试剂（下图）。尽管α、β-不饱和化合物已被广泛用于与各种亲核试剂的1,4-共轭加成，但与其他亲核试剂交叉反应的问题、反迈克尔加成以及在有机溶剂中使用额外碱的需要给它们直接用于蛋白质的生物偶联带来了各种问题。在β-位置引入硅取代基使1,4-硫醇的加成即使在氨基存在的情况下也能以高度化学选择性的方式进行。硫醇偶联产物是稳定的，在各种生物分子存在的情况下没有观察到逆向过程，从而克服了现有方法的许多局限性。在水和缓冲溶液中可以获得良好到优异的共轭产物产率。此外，在中性pH下也可以以中等产率获得偶联产物，但使用pH为8的Tris缓冲溶液可获得最佳产率。作者还通过添加不同量的有机溶剂进行了实验，发现将pH为8的Tris-HCl缓冲溶液与MeCN以9:1的比例混合可提供最佳产率。底物范围：结果表明，对苯环和烷基链具有良好的耐受性，可以顺利得到加合物3和6−12（55−80%的产率）。与4-巯基苯酚和4-氨基硫酚的选择性反应保留了羟基和氨基。芳基硫醇上的甲基可以在对位、间位和邻位。对位氯取代的产率高于氟和烷基取代。脂肪链和杂芳烃硫醇则顺利得到了产物13-18，产率中等。即使延长反应时间，与脂族链和苯并噻吩取代硫醇的反应产率也较低。对于β-硅烷基烯酮，底物适用也非常不错（下图B）。与TMS烯酮和巯基乙酸的反应生成19-33（44−74%）。苯环上可以兼容多种取代基（Cl-、CF3-、nBu-和Ph-）。稠环（26，27）或杂环（28−30）取代的TMS烯酮的反应产率中等。令人惊讶的是，8-喹啉取代的TMS烯酮的反应能以73%的产率得到相应的产物。脂肪酮衍生的β-TMS烯酮也是相容的，能以中等的产率得到产物31−33。用三乙基硅烷（TES）和三（异丙基）硅烷（TIPS）取代三甲基硅烷削弱了反应性，分别以40%和35%的产率得到产物34和35，这可能是因为位阻增加。利用具有两个β-TMS烯酮基团的底物1，能以71%的产率得到产物36。氢化硅烷基团也是相容的，并以74%的产率得到产物37。在标准条件下测试苄基硅氧烷最初没有产生目标产物，但24小时后，以30%的产率获得产物38（下图D）。加成产物3可以在氢化铝锂条件下还原为产物39，同时保留TMS基团。使用m-CPBA氧化3的硫化物可以得到产物40。接下来，作者测试了2-苯乙基硫醇2b与2-苯乙基胺2c之间的竞争反应，并观察到仅获得硫醇偶联物，从而证实了该TMS-烯酮试剂的硫醇特异性反应性。然而，在没有TMS基团的情况下，化合物1d与2b和2c反应，这表明添加含硅基团可以降低酮的亲电性并提供高的硫醇选择性（图5A）。即使在其他亲核氨基酸存在的情况下，反应仍然顺利进行，仅得到硫醇偶联物，而没有观察到明显的产率降低（下图B）。最后，进一步评估了与各种生物分子和含有游离硫醇的药物反应的可行性。在标准条件下将N-Boc半胱氨酸甲酯与1a反应12小时，成功地将该半胱氨酸衍生物官能化以产生保留硅部分的加合物47。此外，还将1a与荧光稠环反应，并以65%的中等产率获得相应的产物46，该产物在365nm紫外光下呈现黄绿色荧光。还成功地修饰了1-硫代D-葡萄糖乙酸酯（48），尽管产率不高，这突出了该方法在多糖多样化方面的潜力。此外，降压药卡托普利与β-TMS烯酮反应，以45%的产率得到所需产物49。当使用谷胱甘肽衍生物和mertansine时，还获得了产物50和51，产率分别为69%和84%。为了验证半胱氨酸在含有多个亲核氨基酸侧链的肽中的特异选择性，将三（2-羧乙基）膦（TCEP）修饰的兰瑞肽作为底物与1a偶联。LC-MS/MS分析显示，只有半胱氨酸进行了偶联修饰，而其他亲核氨基酸，如苏氨酸、赖氨酸、色氨酸、酪氨酸和末端胺，几乎没有受到影响。
