摘要：本文综述了几种海洋多肽药物的合成研究进展, 阐述了海洋多肽中占多数的环肽的液相及固相的合成方法, 并对海洋多肽药物的前景进行了展望。
关键词： 多肽药物 环肽 液相合成 固相合成
我国海域辽阔, 海洋生物资源极度丰富, 是海洋药物的重要来源。海洋药物中很重要的一类就是多肽类药物, 其中一些海洋多肽类新药也已进入临床试验。要得到需要的多肽物质可以直接从海洋生物中分离纯化, 可是一般此类物质在生物体内含量较少, 提取过程也就会相对困难, 而如果采用多肽的人工合成技术来完成多肽的合成工作, 则具有产率高, 分离纯化过程容易的特点, 所以人工合成法已成为研制海洋多肽药物不可缺少的手段之一。本文结合海洋多肽药物的研究现状和多肽的合成研究方法进行综述。
1 海洋多肽药物的研究现状我国开始海洋药物的研发工作始于20世纪70年代末期。目前, 大约有50个海洋来源的活性物质正在进行临床或临床前实验。对这些物质的研究为医药方面提供了宝贵的经验, 并进而使人类研制出了一些有新作用机理的抗菌、抗肿瘤、抗病毒等药物。
展开剩余83%1.1 抗菌肽类药物
目前, 已有百余种抗菌肽被分离出来, 有些抗菌肽具有广谱抗细菌、真菌、病毒、原虫和抗肿瘤的功能及独特的作用。
1996年, Hamann[1]等报道了从Sacoglossan Mullusk Elysia rufescens中分离得到6种环状缩醛肽Kahalalide A-F, 其中Kahalalide A和F均有不同程度的抗结杆菌的活性。进一步研究表明, Kahalalide F还表现极强的细胞毒性, 它作为药物已在西班牙进入了临床Ⅱ期实验, 将是治疗肝癌的新型药物。
1.2 神经系统药物和心血管系统药物
海洋生物中存在种类众多的肽类毒素, 许多高毒性海洋肽类毒素对生物神经系统或心血管系统具有高特异性作用, 可发展成神经系统或心血管系统药物的重要先导化合物, 有的已被F D A批准为正式药物。
芋螺毒素主要包括α-芋螺毒素、μ-芋螺毒素、ω-芋螺毒素、δ-芋螺毒素。它们绝大多数是由10-30个氨基酸残基组成的短肽, 富含2对或3对二硫键, 是二硫键密度最高的小肽。芋螺毒素毒性强、作用快, 临床上一般被用作特异诊断试剂。来自芋螺C.magus的ω-CTXMVA, 已被Elan公司开发为商品药, 可用于慢性疼痛的治疗, 作为镇痛药相对于吗啡具有疗效好、不成瘾的特点。
海葵毒素也是研究的热点, 是一类分子量范围为3000-6000, 由2-3个二硫键交联的单链碱性分子。现在金智股配, 海葵毒素已成为强心药物的重要先导化合物。Kishi等[2]合成出了海葵毒素, 他首先是将8个关键的结构片段合成出来, 然后再通过引入双键对接, 从而得到海葵毒素整个分子。
1.3 抗肿瘤药物
许多存在于海洋生物体内的化合物具有显著的细胞活性, 为寻找抗肿瘤药物开辟了途径。
1987年, Pettit等[3]从印度海兔中提取分离了1 8种由4个氨基酸组成的线性Dolastatin 1-18, 其中Dolastatin3为含有两个噻唑氨基酸的环五肽, 具有细胞毒活性, 对人腺癌、小细胞性肺癌、肝癌和白血病有显著疗效。如今, Dolastatin10和Dolastatin15也已经完成全合成, 主要用于卵巢癌、黑色素瘤和前列腺癌等实体瘤的治疗。目前, 在美国它们作为药物已经进入临床Ⅰ期和Ⅱ期试验研究阶段。
李祺福等[4]从亚洲鲎血液淋巴中分离提取出一种抗肿瘤肽, 它具有显著的抗肿瘤作用, 能有效地抑制癌细胞的增殖活动, 降低其代谢酶活性, 干预相关癌基因及抑癌基因的表达, 改变癌细胞形态与超微结构恶性表型特征, 可用于人白血病、肝癌、胃癌等肿瘤的治疗。
1991年, 林永成[5]等人从南海珊瑚中分离出cyclo (Phe-Arg) , 并使用DCC/Na2CO3法合成了cyclo (Phe-Arg) 以及另外6种环二肽化合物, 药理实验显示它对免疫系统有增强作用, 具有比较强的抗肿瘤活性。
2 多肽药物的合成在这些海洋多肽类物质中, 基本可以分为环状肽和直链肽, 而其中以环肽类为主。但无论是环肽还是直链肽, 合成方法主要是液相合成与固相合成, 下面就主要以环肽的合成作下介绍。
2.1 环肽的合成研究现状
环肽可分为两类, 一类为均环肽, 氨基酸之间均以酰胺键相连;另一类为杂环肽, 结构中除酰胺键外还有酯键、醚键、硫酯键和二硫键等。海洋天然产物的合成中有很多是环肽的合成。Sasaki等[6]完成了对microsclederomin A和B的合成, 这种23元的环六肽对多种真菌有抗菌活性。Bourel-Bonnet L[7]等合成了海洋环肽kahalalide A及其类似物, 并且发现丝氨酸和苏氨酸在环肽中有重要作用。
2.2 均环肽的合成方法
均环肽的合成主要有液相合成法和固相合成法两种。
2.2.1 液相合成法
因为直链肽成环属于分子内反应, 为避免发生分子间反应生成线性或环状的二聚体和多聚体, 反应需要在高度稀释的溶液中进行 (10-3-10-4mol/L) , 在溶液中游离的线型肽首尾相连成环。液相法合成环肽可直接反应, 即将脱保护后的直链肽前体直接在缩合试剂的缩合下成环, 也可先将一端 (一般为C端) 活化, 然后成环。C端活化成环常用的方法有直接法、活泼酯法、叠氮法和混合酸酐法等。
2.2.2 固相合成法
是在树脂载体上反应生成环, 成环后从再将生产物从树脂上脱下得到环肽。其主要合成依据是Merrifield创立并发展的固相多肽合成的方法:就是把试剂、催化剂和反应物连接在不溶的固体聚合物载体上的化学反应。
刘洪强, 林浩等[8]分别采用液相及固相两种合成方式组装直链肽3肽Pro-ProTyr, 然后再经过分子内Mannich缩合, 得到以Mannich碱为桥连结构的环肽5 (产率5.38%) 及10 (产率72.7%) 。结果表明, 固相法环合可以避免分子间反应, 因此产物收率明显高于液相法。
2.3 杂环肽的合成方法
杂环肽的氨基酸残基之间存在的非酰胺键主要是酯键和二硫键。酯键的形成与酰胺键的形成类似, 二硫键相对而言与纯环肽的合成相差较大, 二硫键的形成是一种氧化反应, 所以氧化剂的选择很重要。常用氧化剂有先脱保护基再环化的氧化剂, 如D M S O, K3F e (C N) 6, H2O2以及空气等。
黄小毅, 王涛[9]等人设计从BocGlu-OH, Boc-Asp-OH的两个羧基出发, 最后通过I2氧化两个半胱氨酸的巯基生成二硫键, 得到一类新型含二硫键的环肽。张莉[10]等采用Fmoc固相合成法先得到直链肽, 然后再通过空气氧化两个半胱氨酸的巯基生成二硫键, 最后得到一类新型含二硫键的环肽。
近几年以来, 使用酰氯法合成环肽的方法逐渐得到推广。闫乾顺, 李江等[11]设计并实现以L-谷氨酸为原料, 通过二酰氯, 同碱性氨基酸酯-赖氨酸甲酯, 反应生成环肽。
3 结语与展望随着研究的更进一步, 从海洋中获得人类需要的生物物质种类越来越多。海洋很多生物中的高效的抗菌、抗病毒、抗肿瘤、镇痛和防治心脑血管疾病的多肽物质, 多数具有新药开发潜力。但目前用于研究的海洋生物仅几千种, 人类去开发与研究海洋生物还有着具有巨大潜力。我们必须充分利用我国丰富的海洋生物资源, 加大投资力度, 加速海洋药物的研发。
期望多肽药物的合成技术有着更新的发展, 研发出新型合成树脂、缩合剂等, 使多肽药物的合成更具效率。由于部分海洋药物结构复杂而特殊, 无法全人工合成或合成成本太高, 产率太低, 无法满足治疗药物的需求, 可以采用定向修饰手段, 引进非自然存在的氨基酸或进行定点突变氨基酸残基来研发海洋药物, 仍不失为解决药源问题的途径之一。
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