今天为大家推送的文献是发表于J. Am. Chem. Soc.的一篇文章，标题为“An Electrochemical Approach to Designer Peptide α-Amides Inspired by α-Amidating Monooxygenase Enzymes”。本文的通讯作者为澳大利亚国立大学的Lara R. Malins教授。
多肽的翻译后修饰中，α-酰胺化看似简单，却是50%的生物活性肽的重要特征，并对多肽的功能有着深远影响。和原本的C端羧酸相比，α-酰胺化降低了多肽的极性，改变其等电点和氢键模式，进而影响多肽的结合过程和稳定性。
自然界中，α-酰胺化过程利用了肽基甘氨酸α-酰胺化单加氧酶(PAM)的双重催化能力(图1A)。PAM能够从C端的甘氨酸前体肽出发，通过释放乙醛酸，得到相应截短的伯酰胺。该氧化裂解过程涉及到两个酶促反应：前体肽氧化为α-羟基甘氨酸衍生物，以及水解为目标α-酰胺肽。
而在药物合成等领域，研究者对具有更复杂取代模式与更高可调性的酰胺多肽抱有极大兴趣。例如，人工合成的甲状旁腺激素(hPTH)的α-单甲基酰胺化变体相比于C端羧酸与α-酰胺变体，表现出更高的结合能力。然而，很少有化学策略能够得到多种衍生化的α-酰胺化肽。直接酰胺后修饰的方法(图1B)需要正交的保护基策略，同时受到C端差向异构化的困扰。而使用聚醛树脂（aldehyde resins）或可通过氨解形成酰胺产物的“安全捕获”树脂（“safety-catch” resins）虽然在概念上极为吸引人，但基于树脂的方法难以获得叔酰胺；同时，酰化过程也可能导致产率的降低。
基于前人的工作与此前课题组开发的肌氨酸衍生的 N,O-乙缩醛水解策略，作者认为，能够通过氧化-水解两步途径，以生物合成方法类似的方式得到α-酰胺化产物。这一思路中，电化学氧化串联水解或还原，以分别合成仲酰胺与叔酰胺(图1C)。
为了实现上述目的，作者首先以C端带有不同N-烷基取代的甘氨酸残基模型肽作为底物，验证氧化-水解途径的底物范围。作者通过多肽固相合成(SPPS)方法，初始加载不同N-取代的甘氨酸残基，得到系列底物肽(图2)。将树脂裂解后，作者将多肽溶解于甲醇中，加入三乙胺，进行电催化下的阳极脱羧过程，将羧酸根转化为甲氧基。随后，在标准多肽固相合成裂解条件下(TFA/三异丙基硅烷(TIPS)/H2O)水解，得到期望的酰胺化产物。该过程对于环丙基甲基取代的N-取代甘氨酸衍生物的收率高达76%，同时普适性较好，能够简单地得到不同烷基取代的产物。
此外，作者也尝试通过电化学氧化-还原过程对C-端具有Gly,Ala与苯基甘氨酸(Phg)残基的四肽进行功能化。在通过三氟化硼乙醚/三乙基硅烷或TFA处理后，顺利得到了酰胺化产物。该反应底物普适性较好，选用适当的前体也能够得到叔酰胺产物，同时能够进行位点选择性的氘化，这是传统方法难以得到的。
为了进一步评估该方法，作者成功合成了具有HIV活性的C端苄基酰胺取代的亲环素A结合肽(图3A)。利用电化学氧化-还原的方法，作者成功得到了上述产物，并以较高产率对其进行了氘代标记。同时，利用上述方法，作者也成功合成了九肽癌症治疗剂亮丙瑞林与其变体(图3B)，得到的产物和商业样品等同。
综上，本文将电化学氧化脱羧与水解-还原反应结合，通过模拟自然界中α-酰胺合成过程，设计了一种高效率、高普适性、无差向异构的α-酰胺肽的合成方法。该方法能够合成含有多种官能团的仲酰胺与叔酰胺，同时也能够进行同位素标记，克服了传统修饰方法中尚未解决的挑战。
作者：ZZC 审校：WS
DOI: 10.1021/ jacs.1c05718
Link: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.1c05718
