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的Zhenhua Jia和Teck-Peng Loh。
近年來，利用遞送系統(tǒng)進行靶向治療的生物療法獲得了極大的關注，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-硫醇的點擊化學，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，作者的團隊開發(fā)了丙烯酰胺-硫醇和β-硅烷基炔-硫醇加成反應，它們提供了穩(wěn)定的偶聯(lián)產(chǎn)物。作者在此文中進一步探索了硫醇與β-硅基不飽和羰基化合物的反應（圖1）。圖1. 巰基-Michael加成反應應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選擇性的方式進行。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。 作者篩選了反應條件，使用1a和2a在37℃下反應，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擊反應至關重要。 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，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產(chǎn)率的影響較大。作者后續(xù)進一步探究了加成產(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，觀察到只有硫醇加成產(chǎn)物生成，從而證實了該試劑的硫醇特異性。在沒有TMS基團的情況下，化合物1d與2b和2c都發(fā)生了反應，這表明含硅基團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，反應仍然順利進行，沒有觀察到產(chǎn)率降低（圖6b）。作者隨后展示了反應產(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為二級動力學，動力學常數(shù)為0.31 M?1 min?1。圖6. 加成反應選擇性以及加成產(chǎn)物穩(wěn)定性驗證 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 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，硅基的引入降低了雙鍵的親電性，使得該反應具有高化學選擇性且產(chǎn)物具有高穩(wěn)定性。DOI: 10.1021/jacs.3c12050Link: https://doi.org/10.1021/jacs.3c12050
