今天给大家分享一篇最近发表在Science上的研究，题为：A P(V) platform for oligonucleotide synthesis，文章的通讯作者是百时美施贵宝公司的Martin D. Eastgate，Michael A. Schmidt，Ivar M. McDonald博士以及Scripps研究所的Phil S. Baran教授。

图1. 本文工作概述

随着现代生物技术的蓬勃发展，对于核酸的需求日渐增多，核酸药物在基因疗法以及疫苗研发等方向都扮演了极其重要的角色。由于天然的磷酸二酯键在体内易被降解，寡聚核苷酸往往难以单独成药，为此人们开发出了许多核酸的类似物用于增强其治疗效果，具有代表性有锁核酸（Locked Nucleic Acid, LNA）以及硫代核酸等。日益增多的研究表明在寡聚核酸的不同位置引入不同的修饰基团会极大的改善其药理药效，但是现有的合成方法往往难以满足这种需求。此前，本文部分作者发展了基于五价磷（P(V)）的核酸合成试剂，实现了硫代寡核苷酸主链硫代磷酸酯的手性控制。在本文中，他们进一步拓展了P(V)合成试剂结构，并对整个过程进行了优化，从而实现了完全基于P(V)的核酸合成平台，进一步拓展了寡聚核酸的化学空间。

图2. 部分P(V)试剂的合成

目前主流的核酸合成策略是基于亚磷酰胺（P(III)）的合成路线，但是该策略在合成一些修饰核酸比如二硫代修饰的时候效果不尽人意。虽然此前已经有基于P(V)的合成方法被报道，但是仍然存在着许多不足致使其无法广泛应用，比如P(V)合成试剂的偶联速率远低于P(III)。基于此前的工作，作者首先合成了一系列环状P(V)试剂，在对环的大小以及离去基团进行筛选后，最终确定了3种试剂分别用于合成二硫代磷酸酯（3），外消旋硫代磷酸酯（4）以及磷酸二酯（5）（图1、2）。整个合成以天然产物柠檬烯为原料，对环境友好，同时能够进行大量合成。

图3. 不同试剂和合成速率的对比

这些P(V)试剂表现出了良好的合成效果。比如，在二硫代核酸的合成中，通过P(V)试剂能够得到纯度>99%的产品，而P(III)的产物中则存在7%的单硫代物。反应速率的问题也得到了解决，结果显示本文所发展的P(V)的反应速率与P(III)相当，每一步偶联反应可以在两分钟之内实现完全转化，相当高效。

图4. 基于P(V)的固相合成过程

接下来，作者们将该策略应用于自动合成仪。由于反应中使用了DBU等强碱，会对传统的载体产生影响。为了适应新的合成策略，他们重新设计了固相载体，并对碱基的保护基进行了调整。在对整个条件进行了优化后（图4），他们成功地以可观的回收率得到了含有多种不同修饰的寡聚核酸，为后续的医学研究奠定了坚实的基础。

总结来说，作者完整地发展了一套基于P(V)的核酸合成平台，相比于基于P(III)的合成策略，该方法能够覆盖更为多样的核酸结构，为核酸药物的发展提供了更多候选结构。与此同时，该策略仍然存在相当的发展空间，比如偶联过程中的P(V)试剂用量仍有待降低、合成产率仍有待提高等，让我们拭目以待。

作者：Roy Wu    审校：XW

Huang, Y.; Knouse, K. W.; Qiu, S.; Hao, W.; Padial, N. M.; Vantourout, J. C.; Zheng, B.; Mercer, S. E.; Lopez-Ogalla, J.; Narayan, R.; Olson, R. E.; Blackmond, D. G.; Eastgate, M. D.; Schmidt, M. A.; McDonald, I. M.; Baran, P. S., A P(V) platform for oligonucleotide synthesis. Science 2021, 373 (6560), 1265-1270.

Link: https://www.science.org/doi/10.1126/science.abi9727