肝素是哺乳動物細(xì)胞表面和細(xì)胞間充質(zhì)廣泛存在的一類糖胺聚糖分子，具有調(diào)控凝血、細(xì)胞分化、炎癥反應(yīng)、神經(jīng)變性、腫瘤轉(zhuǎn)移、病毒感染等多方面的生物活性。然而，由于肝素結(jié)構(gòu)的高度復(fù)雜性（糖鏈長度、糖醛酸結(jié)構(gòu)、磺酸化位點及數(shù)量等），其功能受到結(jié)構(gòu)的影響非常巨大。
為了更好地研究肝素-蛋白之間的相互作用，獲得具有明確結(jié)構(gòu)的肝素分子顯得尤為必要。由于結(jié)構(gòu)的復(fù)雜與異質(zhì)性，直接從天然產(chǎn)物獲得足夠量的純肝素分子極具挑戰(zhàn)，在過去的二十年時間里，大量的方法被應(yīng)用于具有特定結(jié)構(gòu)的肝素寡糖分子的合成研究。為了更全面地研究肝素的構(gòu)效關(guān)系，構(gòu)建包含多個肝素分子的化合物庫具有重要意義。
構(gòu)建肝素化合物庫的挑戰(zhàn)在于要考慮糖鏈骨架的長度以及繁多的磺酸化位點（氨基葡萄糖N-、3-O、6-O以及葡糖醛酸和艾杜糖醛酸2-O等位置）。美國密西根州立大學(xué)黃雪飛教授實驗室基于正交保護原理設(shè)計了一種新的發(fā)散式合成策略，以氨基葡萄糖(GlcN)-葡糖醛酸(GlcA)-氨基葡萄(GlcN)-艾杜糖醛酸（IdoA）四糖為核心骨架，對該四糖的六個關(guān)鍵位點分別用不同的保護基進行正交保護/脫保護和磺酸化，快速、高效地合成了一個具有64個肝素四糖分子的化合物庫。
（R1、R4 = Ac or SO3-、R2、R3、R5、R6 = H or SO3-） 構(gòu)建該化合物庫所需的核心四糖中間體（GlcN-GlcA-GlcN-IdoA）由對應(yīng)的單糖供體和受體進行多步組裝而形成，其關(guān)鍵位點的保護基經(jīng)過嚴(yán)密的篩選和優(yōu)化，分別由-TBDPS、-N3、-Fmoc、-Nap、-TFA、-Lev構(gòu)成。這六個保護基分別可以在不同的條件下進行選擇性地脫除并進一步選擇性實現(xiàn)磺酸化。該過程不對其他基團造成影響，且每一步的產(chǎn)率均很高，因此可以快速、有效地合成一系列的衍生物（26個）。該方法將合成化合物庫所需的反應(yīng)步數(shù)減少了50%，極大地提高了總合成效率。 作者系統(tǒng)地研究了化合物庫里的64個肝素四糖分子與成纖維細(xì)胞生長因子-2（FGF-2）相互作用的構(gòu)效關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)，還原端D糖環(huán)2-O-磺酸化和C糖環(huán)N-磺酸化對肝素四糖與FGF-2的結(jié)合起到了關(guān)鍵作用，而C糖環(huán)上6-OH是否磺酸化對結(jié)合的影響不大。對于整個四糖分子，當(dāng)磺酸化位點少于3個時，與FGF-2的結(jié)合能力較弱；多于3個時，磺酸化的精確位點（而非數(shù)目）對結(jié)合能力非常重要，揭示了肝素與FGF-2的結(jié)合更依賴于特異性位點的電荷相互作用，而非通過電荷的累積和非特異性的靜電效應(yīng)。 作者進一步研究了這64個肝素四糖分子與血小板因子-4(PF-4)相互作用的構(gòu)效關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)，PF-4更加偏向于與高度磺酸化的肝素分子相結(jié)合（至少有四個位點磺酸化且A糖環(huán)2-O-磺酸化）；當(dāng)磺酸化數(shù)目相同時，磺酸化的位點也會對結(jié)合能力產(chǎn)生很大影響（C糖環(huán)6-O磺酸化比2-N磺酸化重要）。 通過化合物庫的構(gòu)建以及與FGF-2、PF-4結(jié)合的構(gòu)效關(guān)系研究，作者為快速合成小分子肝素衍生物提供了一種簡便地方法，并篩選出了多個與FGF-2結(jié)合強且與PF-4結(jié)合弱的肝素四糖分子，對于規(guī)避肝素誘導(dǎo)的可致命的血小板減少癥具有重要的指導(dǎo)意義，也為進一步的藥物研發(fā)提供了思路。 論文信息 Synthesis of a Systemic 64 Membered Heparan Sulfate Tetrasaccharide Library Kedar Baryal, Sherif Ramadan, Guowei Su, Chang-xin Huo, Yuetao Zhao, Jian Liu, Linda Hsieh-wilson, Xuefei Huang Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202211985
