分享一篇發(fā)表在JACS上的文章，題為Silicon-Containing Thiol-Specific Bioconjugating Reagent。文章的通訊作者是來自南洋理工大學(xué)的Zhenhua Jia和Teck-Peng Loh。
近年來，利用遞送系統(tǒng)進(jìn)行靶向治療的生物療法獲得了極大的關(guān)注，尤其是抗體-藥物偶聯(lián)物(ADCs)對于癌癥的治療。由于半胱氨酸的稀缺性，它是最常用的偶聯(lián)氨基酸。目前已經(jīng)開發(fā)了許多硫醇偶聯(lián)方法，其中馬來酰亞胺-硫醇的點(diǎn)擊化學(xué)，因其高特異性和免專利狀態(tài)而被最廣泛使用。為了解決逆Michael加成和開環(huán)等問題，作者的團(tuán)隊(duì)開發(fā)了丙烯酰胺-硫醇和β-硅烷基炔-硫醇加成反應(yīng)，它們提供了穩(wěn)定的偶聯(lián)產(chǎn)物。作者在此文中進(jìn)一步探索了硫醇與β-硅基不飽和羰基化合物的反應(yīng)（圖1）。圖1. 巰基-Michael加成反應(yīng)應(yīng)用和硅基藥物以及本工作示意 在本文中，作者發(fā)現(xiàn)硅取代基在β位置的引入使得硫醇加成即使在氨基存在的情況下也能以高度化學(xué)選擇性的方式進(jìn)行。偶聯(lián)產(chǎn)物具有高穩(wěn)定性，在多種生物分子存在下也不會發(fā)生可逆反應(yīng)。 作者篩選了反應(yīng)條件，使用1a和2a在37℃下反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)pH為8的Tris-HCl緩沖液與MeCN以9:1作為混合溶劑時產(chǎn)率最高（圖2）。接著作者比較了α，β-不飽和酰胺1b和α，β-不飽和酯1c的反應(yīng)活性（圖3），沒有檢測到所需的產(chǎn)物，從而表明酮羰基對硫醇特異性點(diǎn)擊反應(yīng)至關(guān)重要。圖3. 不同Michael受體的反應(yīng)對比 接著作者拓寬了底物范圍。對于硫醇底物的拓寬表明，該反應(yīng)對各類取代基具有良好的耐受性，羥基和氨基不會干擾反應(yīng)，然而烷基硫醇的產(chǎn)率較低（圖4a）。對于酮底物來說，吸電子取代基通常會使產(chǎn)率增加，同樣將苯環(huán)換為烷基時產(chǎn)率較低（圖4b）。硅基底物的拓展則表明位阻對于反應(yīng)產(chǎn)率的影響較大。作者后續(xù)進(jìn)一步探究了加成產(chǎn)物衍生化，即酮羰基的還原和硫醚的氧化（圖5）。 為了展示這種方法在生物偶聯(lián)中的潛力，作者測試了化學(xué)選擇性。首先，作者測試了2-苯基乙基硫醇2b和胺2c之間的競爭反應(yīng)，觀察到只有硫醇加成產(chǎn)物生成，從而證實(shí)了該試劑的硫醇特異性。在沒有TMS基團(tuán)的情況下，化合物1d與2b和2c都發(fā)生了反應(yīng)，這表明含硅基團(tuán)的加入可以降低親電性（圖6a）。即使在其他氨基酸存在的情況下，反應(yīng)仍然順利進(jìn)行，沒有觀察到產(chǎn)率降低（圖6b）。作者隨后展示了反應(yīng)產(chǎn)物的穩(wěn)定性，在不同pH值以及H2O2或FBS環(huán)境中產(chǎn)物都保持了相對穩(wěn)定，并且加入不同的內(nèi)源性分子時產(chǎn)物也比較穩(wěn)定（圖6d, e）。作者最后測得加成反應(yīng)為二級動力學(xué)，動力學(xué)常數(shù)為0.31 M?1 min?1。圖6. 加成反應(yīng)選擇性以及加成產(chǎn)物穩(wěn)定性驗(yàn)證 最后作者評估β-TMS烯酮與各種生物分子和含游離硫醇的藥物反應(yīng)的可行性（圖7）。作者利用含有1個游離半胱氨酸殘基的人血清白蛋白(human serum albumin, HSA)進(jìn)行蛋白修飾，將HSA (0.5 mM)與50 eq的β-TMS烯酮試劑1a在Tris-HCl緩沖液中孵育，得到單一修飾的含硫醇偶聯(lián)物52，LC-MS分析結(jié)果顯示轉(zhuǎn)化率超過99%。圖7. β-TMS烯酮與生物小分子/藥物/蛋白質(zhì)的加成反應(yīng) 綜上所示，作者開發(fā)了一種β-硅基取代的烯酮與硫醇的Michael加成反應(yīng)，硅基的引入降低了雙鍵的親電性，使得該反應(yīng)具有高化學(xué)選擇性且產(chǎn)物具有高穩(wěn)定性。DOI: 10.1021/jacs.3c12050Link: https://doi.org/10.1021/jacs.3c12050
