多肽与多肽的固相合成技术_MedChemExpress

近年来，科研工作者成功打造了一款针对肥胖的"神级装备"--司美格鲁肽，使"减肥"成为科研圈的现象级词条。2024 年，司美格鲁肽以 292.96 亿美元的销售额逼近 K 药"药王"宝座[1]，推动多肽药物市场的快速扩张。今天，我们就来聊聊这款"减肥神装"背后的关键基石--多肽及其固相合成技术。

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多肽是什么？

多肽是以氨基酸为基本单位，经肽键连接而成的生物分子，其分子量一般小于 10 KDa。要了解多肽性质及其合成过程，首先需要了解氨基酸的结构特点。氨基酸是同时含有氨基和羧基官能团的一类有机化合物。自然界中存在 20 种常见氨基酸，典型的氨基酸具有一个中心 α 碳原子，其连接的基团包括氨基 (NH2)、羧基 (COOH)、氢原子，以及决定氨基酸特性的可变侧链 (R 基)。当多个氨基酸通过前一个氨基酸的羧基与下一个氨基酸的氨基发生脱水缩合，形成肽键连接在一起时，便形成了肽链 (图 1)[2]。

图 1. 氨基酸与多肽的结构示意图[2]。

Section.02多肽的功能及其应用

作为搭建多肽的"分子积木"，氨基酸种类、序列组合及修饰的多样性共同决定了多肽结构和功能的多样性，使其能执行信号转导与调控、免疫防御、酶催化、靶向识别运输等多种生理功能 (表 1)。

表 1. 主要多肽类别及其功能。

凭借其多样的生理功能，多肽被广泛应用于分子生物学、疾病研究、药物和疫苗开发等领域。

多肽的主要应用有哪些?

药物与疫苗开发

多肽可直接作为治疗性药物 (如胰岛素用于治疗糖尿病，司美格鲁肽被批准用于治疗 2 型糖尿病和肥胖)；也可作为靶向载体，辅助药物递送，例如 177Lu-dotatate (Lutathera®)，其载体肽 Tyr3-octreotate 可将核素 177Lu 递送至表达生长抑素受体的肿瘤部位，实现靶向治疗。此外，多肽还可作为免疫原，助力新型疫苗开发。

疾病机制研究

部分多肽在疾病的发生发展中有重要作用。例如，在阿尔兹海默症 (AD) 研究中，β-淀粉样肽 (Aβ) 聚集被认为是 AD 发病的关键因素之一，通过 Aβ 诱导疾病模型或研究 Aβ 沉积，可进一步揭示 AD 的发病机制。

分子生物学研究

多肽可用于蛋白-蛋白相互作用 (PPI) 研究，蛋白-蛋白相互作用通常依赖特定的氨基酸残基和结构域，可通过合成短肽片段来模拟蛋白结合位点，以研究其相互作用机制。多肽还可作为底物用于酶活研究，例如，MOCAc-PLGL(Dpa)AR 可作为荧光底物肽研究 MMP 的活性。

生物材料

目前多肽也被应用到生物传感器及生物材料领域，RAD16-I 可自组装形成水凝胶，用于药物递送或作为生物组织材料。化妆品与食品应用部分多肽因具有抗菌、抗氧化、抗衰老等功能被作为食品添加剂或功能性护肤品的添加剂使用。

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多肽是如何合成的？

多肽可以通过生物方法 (如天然提取、重组表达等) 或化学方法 (如固相合成、液相合成等) 获得。其中，多肽固相合成法 (solid phase peptide synthesis, SPPS) 自 1963 年被 Bruce Merrifield (1984 年获诺贝尔化学奖) 发明以来[3]，凭借简单、高效、自动化等优势，成为最主流的多肽合成方法。

多肽的固相合成将氨基酸的 C 端 (羧基端) 通过共价键固定在不溶的固体树脂颗粒上，逐步添加其他氨基酸，直至组装出所需的序列，将多肽从树脂上切割下来并进行纯化[3]。

典型的多肽固相合成一般包含以下步骤 (图 2)[4]：

1）氨基酸耦合：选择合适的树脂，将被保护基团保护的氨基酸与树脂结合；

2）脱保护：去除氨基酸的保护基团，暴露活性氨基；

3）活化与缩合：活化下一个氨基酸的羧基，与已固定在树脂上的氨基酸的氨基偶联形成肽键，并用溶剂清洗新生的肽-树脂复合物，去除未反应的物质，在此过程中氨基酸的侧链应被保护；

4）循环：重复进行脱保护、活化与缩合步骤，直至合成目标肽链；

5）切割与去保护：使用合适的试剂脱去氨基酸的保护基团，将多肽从树脂上切割下来并纯化。

图 2. 一般线性肽的固相合成步骤[4]。

绿色方块 A 表示 N-α-氨基的保护基团，红色圆图标表示氨基酸侧链的保护基团。

目前，SPPS 技术已十分成熟，研究者已开发出多种策略，如微波系统、新型载体和活化基团等，以提高 SPPS 性能。此外，还可结合液相合成、固液结合法等技术，使多肽合成更灵活、高效。

参考文献

[1] Novo Nordisk Annual Report 2024.

[2] O'Connor CM, et al. Essentials of cell biology. Cambridge, MA: NPG Education. 2010;1(54):5.

[3] Merrifield RB. Solid phase peptide synthesis. I. The synthesis of a tetrapeptide. J Am Chem Soc. 1963 Jul;85(14):2149-54.

[4] Cudic M, et al. Solid-phase peptide synthesis. Molecular biomethods handbook. 2008:515-46.