課題組JACS：化學(xué)調(diào)控多肽結(jié)構(gòu)與功能的新方法

多肽在各種生命體系中廣泛分布，具有重要的生物學(xué)功能。通過化學(xué)修飾，可以遮蔽肽的活性，然后在外部刺激（如光或小分子）的作用下將其活性恢復(fù)，這為解析復(fù)雜的生物過程和開發(fā)潛在的藥物療法提供了有力的工具。目前，設(shè)計籠型多肽的主要方法是利用可脫除基團（如鄰硝基芐基）對其氨基酸側(cè)鏈進行可逆修飾（如圖1上所示）。然而，由于多肽通常缺乏特定的活性殘基，因此采用這種方法設(shè)計的籠型多肽的活性往往難以預(yù)測。

另一種常見的策略是通過使用光轉(zhuǎn)換基團，如偶氮苯，來調(diào)控多肽的空間構(gòu)象（如圖1下所示）。然而，這種策略在許多情況下無法提供足夠的構(gòu)象變化，導(dǎo)致多肽在“活性”和“失活”狀態(tài)之間的功能差異有限。因此，迫切需要引入新的設(shè)計理念，以開發(fā)新方法來調(diào)控肽的結(jié)構(gòu)和功能。

二硫鍵廣泛存在于分泌和膜結(jié)合型多肽中，其對維持多肽的結(jié)構(gòu)與功能至關(guān)重要。通常情況下，破壞肽段中的一個或多個二硫鍵會顯著破壞其二級結(jié)構(gòu)并導(dǎo)致功能喪失。在自然界，通過控制分子內(nèi)二硫鍵的形成和斷裂來調(diào)節(jié)肽或蛋白質(zhì)的功能是常見的現(xiàn)象。

因此，如果能夠通過光或小分子的誘導(dǎo)來促使多肽分子內(nèi)二硫鍵的形成，這將為調(diào)控多肽的結(jié)構(gòu)和功能提供一種全新的通用策略。江西中醫(yī)藥大學(xué)萬陽課題組提出了這一創(chuàng)新性的概念，被稱為"光籠二硫鍵"，并發(fā)展了基于4,5-二甲氧基-2-硝基芐基（oNv）的光脫籠-氧化一體策略，以誘導(dǎo)多肽內(nèi)的二硫鍵原位配對。他們成功地將這一策略應(yīng)用于調(diào)控抗菌肽Tachyplesin I的結(jié)構(gòu)和功能。（見圖2所示）

光介導(dǎo)的半胱氨酸之間的快速二硫鍵形成

本工作的開展最初源于作者發(fā)現(xiàn)光照（365 nm）光籠半胱胺酸（Fmoc-Cys（S-oNv）-OH, 1）會促使釋放的半胱氨酸（2）迅速轉(zhuǎn)變成成胱氨酸（3）（圖3所示）。作者推測應(yīng)該是某些因素促使了二硫鍵的形成，并排除了ROS和O₂氧化的可能性。

二硫鍵形成機理研究

作者隨后對該過程的作用機理進行了詳細研究，并證實了是oNv光解副產(chǎn)物4,5-二甲氧基-2-亞硝基苯甲醛促使半胱氨酸的氧化（圖4所示）。在該光控體系中，oNv既充當(dāng)巰基保護基團，又充當(dāng)氧化劑（光解后）。作者將該光誘導(dǎo)二硫鍵形成過程命名為“break-to-bond”。

模型肽的研究和Tachyplesin I的應(yīng)用

接下來，作者設(shè)想能否將該光控體系用于調(diào)控多肽分子內(nèi)二硫鍵形成。作者首先在兩條模型肽PWA-7與PWA-10進行驗證，發(fā)現(xiàn)能均能以中等收率生成氧化型多肽OWA-7與OWA-10。最后，為了證明該方法的應(yīng)用潛力，作者將其同于調(diào)控β-折疊型天然抗菌肽Tachyplesin I （TPI）的結(jié)構(gòu)與功能。TPI含有兩對分子內(nèi)二硫鍵，作者合成了兩個籠型類似物TPI-1與TPI-2。圓二色譜分析顯示TPI-1的β-折疊結(jié)構(gòu)被顯著的破壞而TPI-2仍保持和母肽類似物的結(jié)構(gòu)。與之相對的，TPI-1的溶血毒性大幅降低而TPI-2具有與母肽相當(dāng)?shù)亩拘浴Ｗ髡呓酉聛韺蓚€類似物進行光照脫籠，有趣的是，TPI-1可以被迅速脫除oNv基團并形成二硫鍵，恢復(fù)二級結(jié)構(gòu)與抗菌活性，而TPI-2的光解效率明顯低于前者，總之，通過TPI-1的光激活實驗有效驗證了光籠二硫鍵策略在調(diào)控多肽結(jié)構(gòu)與功能方面的應(yīng)用潛力。

綜上所述，本文作者性地提出了"光籠二硫鍵"的概念，并發(fā)展了一種基于oNv基團的"光脫籠-氧化一體策略"，用以誘導(dǎo)多肽內(nèi)的二硫鍵原位配對。這一創(chuàng)新方法為化學(xué)調(diào)控含有二硫鍵的多肽的結(jié)構(gòu)和功能提供了全新的思路和方法