有机多肽药物合成方法的研究进展

于妹燕等

【摘要】 多肽药物的主要特点是生物活性高、药用剂量小、副作用低、产业化开发优势明显等， 现在多肽药物合成已成为全球关注的热点之一. 多肽的化学合成是在近40年里发展起来的经典的合成方法。本文对多肽合成方法的最新进展，特别是对固相方法合成多肽、液相方法合成多肽以及新型多肽药物合成技术在多肽合成中的应用进展进行综述。

【关键词】有机合成；多肽药物；研究进展；合成方法

【中图分类号】R969.1 【文献标识码】B【文章编号】1004-4949（2015）02-0377-02

基金项目：内蒙古医科大学博士启动基金（bsjj201301）

1.引言

我们在自然界中可以看到各种各样的活性多肽，它们具有自己特有的生物功能。这些种类繁多的多肽，从化学结构上来看，都是氨基酸的单体组成的。生物体内各种细胞功能都相关的生物活性物质就是人们说的多肽，多肽是α-氨基酸以肽键连接在一起而形成的化合物，它也是蛋白质水解之后的中间体，多肽的分子结构是介于蛋白质和氨基酸之间的化合物，是由多种氨基酸按照一定的排列顺序通过肽键结合而产生的有机化合物。多肽是作为抗菌物质和生物的信号分子在自然界中被发现的，其多样的功能医药品原料和机能性食品等广泛领域的用途开发被推进。多肽是生物体内各种细胞功能必需的生物活性化合物，是人体的重要组成物质、营养物质，它广泛分布于人体各处，特别是大脑里，对几乎所有的细胞功能都有调节作用，常常被应用于功能分析、抗体研究、尤其是药物研发等领域。人体如果缺失了多肽，免疫系统、各功能系统就会发生紊乱，就会出现各种慢性病。为了得到具有特定排列顺序的合成多肽，采用任意的合成方法是行不通的，而只能采用逐步缩合的合成方法。[1-2]

1963年多肽合成技术方面Merrifield研发与发展了固相多肽合成方法，而且把固相合成法成功的应用在多肽与有机合成中，固相合成法经过不断的改进和完善，现在固相法已成为多肽与预计合成的一个常用与成熟的合成技术，它表现出了多肽液相合成法無法相比的优点，从而大大的减轻了每步产品提纯的难度。多肽合成方法总的来说有两种：液相多肽合成法和固相多肽合成法。1963年，Merrifield首次发展了固相多肽合成方法（SPPS），由于其合成中方便，迅速，成为多肽合成的首选方法，而且带来了多肽有机合成上的一次革命，并成为了一支独立的学科——固相有机合成，固相合成的发明同时促进了肽合成的自动化。世界上第一台真正意义上的多肽合成仪出现在1980年代初期。逐步固相多肽合成能合成5-50aa的多肽，对于大于200aa的多肽，通过片段浓缩及连接技术来合成。下面介绍传统的两种多肽合成方法。[3-4]

1.1 固相多肽合成

固相多肽合成方法现在使用的主要有两种：BOC（叔丁氧羰基）和FMOC（9-芴甲基氧羰基）两种。BOC方法合成多肽过程中，需要反复使用TAF（三氟乙酸）脱去BOC，而且在最后从固体上切割下来时需要使用HF（氢氟酸），由于HF有极强的腐蚀性和剧毒，所以必须使用专门的仪器进行操作，而且切割过程中容易产生副反应，因此使用时受到实验条件限制，现在使用也逐渐减少。FMOC方法合成多肽反应条件温和，在一般的实验条件下就可以进行合成，因此，也得到了非常广泛的应用。多肽合成是一个重复添加氨基酸的过程，固相合成顺序一般从C端（羧基端）向N端（氨基端）合成。重复上述肽键形成反应，使肽链从C端向N端生长，直至达到所需要的肽链长度。最后脱去保护基X，用HF水解肽链和固相载体之间的酯键，就得到了合成好的肽。

固相合成的优点主要表现在最初的反应物和产物都是连接在固相载体上，因此可以在一个反应容器中进行所有的反应，便于自动化操作，加入过量的反应物可以获得高产率的产物，同时产物很容易分离。

1.2 液相多肽合成

液相多肽合成现在仍然广泛的使用，在合成短肽和多肽片段上具有合成规模大，合成成本低的显著优点，而且由于是在均相中进行反应，可以选择的反应条件更加丰富，像一些催化氢化，碱性水解等条件，都可以使用，这在固相中，使用却由于反应效率低，以及副反应等原因，无法应用。液相多肽合成中主要采用BOC和Z两种反应策略。液相多肽合成法是末端氨基酸依次一个一个跟氨基酸缩合，先让数个片段分缩合，后每个片段缩合法，液相合成法操作效率高等优点。

1.3 新型合成技术

多肽的化学合成技术无论是液相合成法还是固相合成法都已成熟。它们都有各自的优点和弱点，若果能把固相合成法的分离纯化的简便性和液相合成法的良好的反应性相结合的新型多肽合成法被研发的话对多肽药物合成来说能称为新的突破点。现在这种新型合成法不断被研发，发展了许多新方法。如疏水性标记物，化学修饰及绿色合成等在研究有机多肽药物液相合成中的应用等方法，应用这种新型合成法，合成以往的方法合成较为困难的多肽。[5-7]

2. 多肽合成的研究历史

多肽合成研究已经走过了一百多年的光辉历程，1871年夏尔（Schaal）曾经用天冬氨酸聚合得到多聚产物，但当初没合成特定排列顺序的多肽，本世纪初才由爱米尔·费歇尔（Emil Fischer）开始合成了具有特定顺序的多肽的合成。1902年，Emil Fischer首先开始关注与研发多肽合成，由于当时在多肽合成方面的知识与报道太少，科研与进展也相当的缓慢，直到1932年，贝尔格曼（Max Bergmann）等人开始使用多肽合成中Z（苄氧羰基）来保护α-氨基，多肽合成才开始有了一定的发展与改善。到了20世纪50年代，很多有机化学家们合成了大量的具有生物活性多肽，包括胰岛素，催产素等，同时在多肽合成方法以及氨基酸保护基上面也取得了不少成绩，这些为后来的多肽固相合成方法的出现提供了理论基础和实验依据。1963年，Merrifield首次提出了多肽固相合成方法（SPPS），这个在多肽化学上具有里程碑意义的合成方法，一出现就由于其合成方便，迅速，成为多肽合成的首选方法，而且带来了多肽有机合成上的一次革命，并成为了一支独立的学科——固相有机合成（SPOS），为此，Merrifield荣获了1984年的诺贝尔化学奖。Merrifield经过了反复的筛选与改善，累积了一些合成方法最终屏弃了Z（苄氧羰基）在固相上的使用，首先将BOC（叔丁氧羰基）用于保护α-氨基并在固相多肽合成上使用，同时，Merrifield在60年代末发明了第一台全自动多肽合成仪，并首次合成生物蛋白酶，核糖核酸酶（124个氨基酸）。1972，首先Lou Carpino 将FMOC（9-芴甲氧羰基）用于保护α-氨基，其在碱性条件下可以迅速脱除FMOC，数分钟就可以反应完全，而且由于其反应条件温和，可选择的反应条件更加丰富，在一般的实验条件下就可以进行合成，迅速得到广泛的使用，代表性的保护基BOC和FMOC方法为基础的各种肽自动合成仪也陆续被出现和发展，并仍在不断得到改造和完善。同时，固相合成树脂，标记物，多肽缩合试剂，原料以及氨基酸保护基，包括合成环肽的氨基酸保护上也取得了较好的成果。同时，在多肽合成方法上也有了不少新的发展与改善，无论在氨基酸的选择，缩合剂，保护基，溶剂的选择，反应条件以及生成物的分离纯化等方面都有新的改进和新的发现。[8-9]

3. 多肽合成的研究及应用现状

到现在，人们已经在人体和生物体中发现和分离出几百多种多肽类化合物，关于多肽药物的研究与应用，也取得了巨大的改善与进步，引发了未来的多肽药物研究热潮。多肽药物的合成不仅具有很重要的理论意义，而且具有重要的应用价值，多肽药物的研究成为了医学，应用生命科学及分子生物学研究的重点对象，世界各国家无不拨出巨款来建立各种规模的研究团队及多肽研究中心，以期在这一重要领域中取得突破性进展。现在已经知道，一些活性多肽也在不同程度上存在着像蛋白质中的那种螺旋和折叠，但由于活性多肽的肽链较短，次级键的作用力也较弱，因而高级结构的表现一般是不完全的，而且构象的稳定性也较差，在溶液中很容易松散而变成随意的结构。只有当肽链的氨基酸数目增大到一定的程度以后，才有可能具备高级结构所需要的足够的次级键作用力而产生蛋白质特有的稳定高级结构。现在具有生物活性的多肽已经广泛地应用在临床检测、如多肽药物在医学研究、医药品的探索，疾病防治和治疗及抗体的调制等，还有多肽食品，多肽化妆品等领域。活性肽与生物的发育、生长代谢、免疫、疾病、学习、记忆和衰老都有极其密切的关系，因而引起了各国科学家包括有机化学家、生物化学家、药物化学家、结构化学家等与生命科学有关的科学家的高度重视。[10-11]

4.存在的问题

现在，肽合成法的主流形成的方法是根据Merrifield确立了固相合成法。这个方法是聚苯乙烯为首的各种各样的固相载体（珠）的表面上氨基酸依次结合，固体上肽链合成后，在最后阶段的固体表面上从开场白目的物得到的合成法。载体是溶媒惰性，因为反应试剂不是溶剂清洗就可以彻底消除，柱分离必要不可缺少的传统的液相合成法比较分离精制非常简便。因此，固相合成法是许多的研究者而被办理，飞跃的进化了。

近年来，可是，这样的优秀的应用的例子被开发了的反面，固相合成法相比液相合成法的话反应性低，收益低的情况，很难规模，固相合成法有这样的特别的缺点也存在。在液相多肽合成中，每次接肽以后都需要对产物的分离纯化或结晶以便除去未反应的原料和副產物。这个步骤相当费时间而且麻烦，因操作带来的损失往往也很大。[12-13]

5. 展望

多肽药物具有生物活性高、药用剂量小、但是其代谢不稳定、半衰期短及较难通透组织屏障等缺点严重阻碍了多肽新药在临床治疗中的广泛应用.本综述中说的新型合成法被研发的话，通过这些新型合成法的应用，以期加快多肽药物的合成及临床应用的步伐.

目前，多肽药物的特点具有药用剂量小、副作用低、生理活性高、易于进入应用等，已经广泛应用于临床。同时，多肽药物生产排放废物少及副产物少等，也令制药企业更多地投入到这一绿色合成等领域。事实上，因多肽药物的较好应用前景，其已成为应用生命科学及药物化学研发的重点之一。本文综述了多肽药物的合成研究进展，阐述了多肽合成中液相合成法及固相的合成方法，并对多肽药物的前景进行了展望。

多肽药物和诊断试剂已引起我国的高度重视，我国制定的“十五”期间生物医药研究的重点方向之一就是多肽药物和诊断试剂。在未来几年里将会有大量的多肽药物和试剂进入临床试验。随着各种技术手段的不断提高，相信未来多肽药物具有不可估量的应用前景。[14-16]

参考文献

[1] 张伟，宋竟婧，等.多肽新药研发策略研究进展. Scientia Sinica Chimica， （2013）；43（8） ：941-952

[2] 张建，张启虹，等. 药物合成策略的近期发展 .药学进展.，（2008）32（10）：433-440

[3] Review： （a） Reetz， M. T. Angew. Chem.， Int. Ed. 2001， 40， 284. （b） An， H.； Cook， P. D. Chem. Rev. 2000， 100， 3311. （c） Jandeleit， B.； Schaefer， D. J.； Powers， T. S.； Turner， H. W.； Weinberg， W. H. Angew. Chem.， Int， Ed， （1999）， 38， 2494-2496

[4] Chiba、K，； Sugihara， M； Yoshida，K； Mikami，Y； Kim，S； ， Tetrahedron，Lett；（2009）， 65：8014-8020.

[5] K. Chiba， Y. Kono， S. Kim， K. Nishimoto， Y. Kitono， M. Tada， Chem. Commun. （2002） 16， 1766

[6]Kazuhiro chiba， Yusuke Kono， Shokaku Kim， Kohsuke Nishimoto， Yoshikazu Kitano and Masahiro Tada Chem Commun，（2002）， 1766-1767

[7]Gegen Tana ，Shingo K， Shuji F， A practical solution-phase synthesis of an antagonistic peptide of TNF-α？ based on hydrophobic tag strategy， Chem Commun （2010）， 46. 8219-8221

[8]Brian L. Bray Nature Reviews ， Drug Discovery （2003）；2（7） 587-593

[9]王秀贞，吴 军，孟宪， 长效多肽药物研究进展. 中 国 生 物 工 程 杂 志，（2003）；23（10）：23-27

[10] Kelley. W. S. Therapeutic peptides： the devil is in the detail. Biotechnol. （1996）；14. 28-31

[11] Chan， W. C. White， P. D. Fmoc Solid Phase Peptide Synthesis -A Practical Approach Oxford University Press， Oxford， （2000）

[12] Merrifield， R. B. Solid Phase Peptide Synthesis. The synthesis of a tetrapeptide. J. Am. Chem. Soc. （1963）；85. 2149-2154

[13] F. Mende， M. Beisswenger and O. Seitz， J. Am. Chem. Soc.， （2010）；132， 11110–11118.

[14]陈贯虹，迟建国，等 多肽药物的研究进展.山东科学，（2008）；21（3）：42-48

[15]陈康庆， 梅丽琴， 林塘焕，等 . 多肽药物研究进展.China Academic Journal，1994-2012

[16] 姚焕英. 多肽药物的研究及应用进展[J]陕西师范大学学报（自然科学版） ，2002，（S1），30，131-134