導讀

近日，中國海洋大學醫(yī)藥學院、海洋藥物教育部重點實驗室江濤教授聯合香港大學李學臣教授，在國際知名學術期刊Science Advances在線發(fā)表題為“Achieving cysteine-selective peptide/protein bioconjugation via tunable triazine-pyridine chemistry”（通過可調控的三嗪-吡啶化學實現肽/蛋白中半胱氨酸的選擇性偶聯）的研究文章。

蛋白/肽的化學標記是理解蛋白/多肽功能、研發(fā)抗體/肽偶聯藥物、設計靶向藥物的關鍵技術和基礎科學問題，是化學與醫(yī)學和生命科學連接的橋梁。特異性地在多肽或蛋白的特定位點引入化學修飾或功能基團的技術，不僅為揭示生命過程的分子機制提供了有力工具，也為基礎研究向應用的轉化搭建了橋梁。從闡明蛋白質結構與功能的動態(tài)關聯，到開發(fā)高效靶向的抗體偶聯藥物，蛋白/多肽的選擇性偶聯憑借其精確性、靈活性和高效性，持續(xù)拓展著多肽與蛋白質的應用邊界，展現出推動未來新興生物技術產業(yè)發(fā)展的巨大潛力。

圖1 多肽/蛋白中半胱氨酸的化學修飾策略

研究團隊在2022年首次報道了能夠選擇性偶聯酪氨酸的三嗪-吡啶鎓化學（TPC）探針，成功實現了在全蛋白質組水平上對酪氨酸的特異性標記（Chem. Commun., 2022, 58, 7066）。在本研究工作中，團隊開發(fā)了一種在生理條件下能夠對多肽/蛋白中半胱氨酸（Cys）實現選擇性偶聯的探針。機理研究表明，探針引入對位N,N-二甲基氨基吡啶基是實現這一高選擇性的關鍵，且C-N鍵解離能與Cys選擇性呈正相關，這為理性設計提供了理論依據。優(yōu)化所得的最佳試劑9b成功應用于曲妥珠單抗的Cys選擇性標記，可在還原條件下特異性修飾鏈間二硫鍵并保持抗體活性。該方法支持構建多位點、高載藥量的ADC，其產物在人血漿中的穩(wěn)定性顯著優(yōu)于傳統(tǒng)方法，為開發(fā)新一代穩(wěn)定、可控的生物偶聯藥物提供了新策略。

圖2 曲妥珠單抗中鏈間半胱氨酸的選擇性偶聯

研究團隊還將三嗪-吡啶化學的選擇性偶聯，成功應用于肽偶聯藥物（PDC）研究。相關成果以“Conjugating 10,11-Dimethoxy-camptothecin with an Integrin αvβ3-Targeting Peptide through a Triazine Linker for Targeted Tumor Treatment in Lung and Pancreatic Carcinoma”（通過三嗪連接子將10,11-二甲氧基喜樹堿與整合素αvβ3靶向肽偶聯用于肺癌和胰腺癌的靶向治療）為題，發(fā)表在學術期刊Journal of Medicinal Chemistry。肽偶聯藥物的挑戰(zhàn)是其在體內循環(huán)系統(tǒng)中不穩(wěn)定，導致偶聯的藥物（Payload）釋放引起體內毒性。研究團隊通過三嗪環(huán)連接子的引入，設計合成PDC-2肽偶聯物在血漿中展現出高穩(wěn)定性，并可通過整合素αvβ3介導的內化途徑，表現出強的腫瘤細胞靶向性和對腫瘤細胞的強抑制活性。機制研究表明，PDC-2能夠同時下調Survivin蛋白的表達并抑制PI3K/AKT/mTOR信號通路。在整合素αvβ3過表達的肺癌A549和胰腺癌AsPC-1 的小鼠模型中， PDC-2顯示出更優(yōu)的腫瘤生長抑制效果和腫瘤靶向特異性，以及更低的系統(tǒng)性毒性。藥代動力學分析表明，PDC-2可實現母體藥物的持續(xù)釋放，將其半衰期延長了3.4倍，并促進藥物在腫瘤組織中的特異性蓄積。綜上所述，PDC-2在肺癌和胰腺癌治療中展現出良好的應用前景，是一種有潛力的候選藥物。

圖3 多肽偶聯藥物研究的示意圖

江濤教授課題組（第一排右五為江濤教授）

中國海洋大學為上述研究的第一完成單位，醫(yī)藥學院江濤教授、香港大學李學臣教授為Science Advances文章的共同通訊作者，中國海洋大學畢業(yè)博士生王朝明與青島海洋生物醫(yī)藥研究院尹瑞娟研究員為共同第一作者。醫(yī)藥學院江濤教授與李靜教授為Journal of Medicinal Chemistry文章的共同通訊作者，王朝明與張靜博士為共同第一作者。研究工作得到了國家自然科學基金和粵港澳大灣區(qū)精準醫(yī)學研究院（廣州）重點項目等資助。

文章鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aea6904

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jmedchem.5c02059

來源：中國海洋大學