藥物偶聯(lián)物

藥物偶聯(lián)物由三部分組成：載體、連接子和有效載荷。

在多肽-藥物偶聯(lián)物 (PDC) 中，載體 (也稱為靶向肽) 負責將藥物靶向遞送至相應的腫瘤靶點。有效載荷是能夠殺死癌細胞的細胞毒素，而連接子則將肽類藥物偶聯(lián)物 (PDC) 的兩個組成部分連接起來，并誘導藥物釋放。

示意圖 1. 藥物偶聯(lián)物的組成^[1]。

多肽偶聯(lián) (Peptide conjugation) 指將多肽與另一種功能性分子，如小分子藥物、熒光分子、抗體，或納米顆粒通過化學方式形成復合物的過程。偶聯(lián)的核心在于通過特定的化學反應基團將兩種分子共價結(jié)合。

多肽是以氨基酸為基本單位、通過肽鍵連接形成的化合物，因此常含有多個反應活性基團。常用于偶聯(lián)的多肽反應基團包括 N 端氨基 (-NH?) 、C 端羧基 (-COOH) 、賴氨酸側(cè)鏈氨基 (-NH?) 、半胱氨酸側(cè)鏈巰基 (-SH) 等。也可以在多肽中先引入疊氮 (-N3) 、炔基等反應活性基團，再進行偶聯(lián)。

圖 2. α-氨基酸、賴氨酸 (Lys) 、谷氨酸 (Glu) 、半胱氨酸 (Cys) 與多肽結(jié)構(gòu)示意圖，藍色：反應活性基團。

常用的偶聯(lián)策略包括：酰胺鍵偶聯(lián)、氨基-NHS 酯反應、巰基-馬來亞酰胺反應、點擊化學、AcBr-巰基反應^[1][2][3]。

通過分子上的氨基 (-NH2) 與分子上的羧基 (-COOH) 反應形成穩(wěn)定的酰胺鍵，是常用的偶聯(lián)方法之一。

圖 3. 氨基 (-NH2) 與羧基 (-COOH) 形成酰胺鍵，藍色表示反應活性基團，紅色表示偶聯(lián)后結(jié)構(gòu)。

利用 NHS (N-羥基琥珀酰亞胺) 活化羧基生成 NHS 酯，使其更容易與多肽的氨基結(jié)合，該反應高效且條件溫和。

圖 4. 氨基 (-NH2) 與 NHS 酯形成酰胺鍵，藍色表示反應活性基團，紅色表示偶聯(lián)后結(jié)構(gòu)。

多肽上的巰基 (–SH) 可以與馬來亞酰胺基團 (maleimide) 特異性結(jié)合，常用于帶有半胱氨酸的多肽，實現(xiàn)選擇性偶聯(lián)。

圖 5. 巰基 (-SH) 與馬來亞酰胺基團形成硫醚鍵，藍色表示反應活性基團，紅色表示偶聯(lián)后結(jié)構(gòu)。

• 點擊化學 (Click Chemistry) 是一類化學反應的統(tǒng)稱，特點是高效、選擇性強、條件溫和，就像“點擊一下"就能將兩個分子牢牢連接在一起。在多肽偶聯(lián)中，CuAAC 和 SPAAC 體系是常用的點擊化學方案。

• CuAAC (Cu-catalysed azide–alkyne cycloaddition，銅催化疊氮-炔環(huán)加成) 是經(jīng)典的點擊化學反應之一。通過分子中的疊氮基 (–N?) 與末端炔基 (–C≡CH) 在 Cu (I) 催化下發(fā)生環(huán)加成反應，生成穩(wěn)定的 1,2,3-三唑環(huán) (圖 6A) 。該反應條件溫和、選擇性高、產(chǎn)率高，但缺點是需要銅催化，對蛋白與細胞具有一定毒性，更適合體外研究。

• SPAAC(strain-promoted azide–alkyne cycloaddition，無銅應變促進疊氮-炔環(huán)加成) 是一種無銅點擊化學方案，利用帶有環(huán)張力的炔基 (如環(huán)辛炔) 與疊氮基自發(fā)發(fā)生環(huán)加成反應 (圖 6B) 。該反應無需催化劑，可用于活細胞標記、體內(nèi)成像等場景。

圖 6. CuAAC 與 SPAAC 反應機理，藍色表示反應活性基團，紅色表示偶聯(lián)后結(jié)構(gòu)。

通過分子中的溴乙酰基 (-AcBr) 與巰基 (-SH) 反應形成穩(wěn)定的硫醚鍵，這也是一種常用的巰基偶聯(lián)策略。

圖 7. 溴乙酰基與巰基反應機理，藍色表示反應活性基團，紅色表示偶聯(lián)后結(jié)構(gòu)。

在多肽偶聯(lián)中，根據(jù)連接位置是否可控，通常分為定點偶聯(lián)與非定點偶聯(lián)。

多肽定點偶聯(lián) (Site-specific conjugation) 是指在多肽的特定位置 (如某個氨基酸位點) 發(fā)生偶聯(lián)，從而生成單一產(chǎn)物，具有良好的重復性，更符合藥物開發(fā)的要求。非定點偶聯(lián) (Random conjugation) 是指在所有可反應的位點隨機發(fā)生反應，生成混合產(chǎn)物。

定點偶聯(lián)可以通過特定殘基引入。例如，在 Peptide 2 中，可反應的活性基團有氨基、巰基與羧基。選擇巰基或 C 端羧基偶聯(lián)另一功能性分子，可以實現(xiàn)定點偶聯(lián)；而 Peptide 2 含有 3 個氨基，直接通過氨基反應時，肽的 N 端與 Lys1 及 Lys2 位點都可能發(fā)生反應。如果希望在 N 端引入偶聯(lián)分子，則可以先將 Lys 上的殘基進行保護，使其失去反應活性，從而實現(xiàn) N 端的定點偶聯(lián) (圖 8) 。

圖 8. Peptide 2 結(jié)構(gòu)示意圖。顏色標記為反應活性基團：藍色-氨基，紅色-巰基，紫色-羧基。

通過偶聯(lián)，可以將多肽與不同的功能性分子，如小分子藥物、抗體、載體蛋白、熒光分子、納米材料等連接在一起，旨在提高藥物的靶向性、改善分子穩(wěn)定性與半衰期，或賦予分子新的功能。

因此，多肽偶聯(lián)也常被應用于藥物開發(fā)、分子成像、材料科學、分子機制研究等領(lǐng)域。

               

在現(xiàn)代生物醫(yī)藥與功能材料研究中，偶聯(lián)已成為連接“分子識別"與“功能實現(xiàn)"的關(guān)鍵橋梁。通過合理選擇偶聯(lián)位點與化學策略，不僅可以精準調(diào)控分子的結(jié)構(gòu)與活性，還能夠顯著拓展多肽在藥物遞送、分子成像及納米技術(shù)等領(lǐng)域的應用潛力。

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參考文獻

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