胡蜂蜂毒肽的固相合成

丁 靖, 趙 昱, 任 成, 張 煉, 胡婧雯, 方維臻, 陸 群*

(1. 西南交通大學(xué)，生命科學(xué)與工程學(xué)院，四川 成都 610031；2. 大理大學(xué) 云南省醫(yī)學(xué)昆蟲(chóng)與蜘蛛資源開(kāi)發(fā)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南 大理 671000)

胡蜂又稱(chēng)大黃蜂，其毒液含有大量的生物活性物質(zhì)，經(jīng)研究其具有潛在的生理學(xué)和藥理學(xué)活性[1-4]。其中具有代表性的成分就是有親脂親水性的陽(yáng)離子活性肽——胡蜂蜂毒肽(Mastoparan)，該多肽含有14個(gè)氨基酸殘基，序列為COOH-Ile-Asn-Leu-Lys-Ala-Leu-Ala-Ala-Leu-Ala-Lys-Lys-Ile-Leu-NH2[5-7]。胡蜂蜂毒肽具有穿透細(xì)胞膜[6]，溶血[8-9]，抗菌[10-11]，抗病毒[12]，抗腫瘤[13-14]等廣泛的生物活性。因此，高效、快速、大量合成胡蜂蜂毒肽對(duì)研究其生物活性具有重要意義。

VILA-FARRéS X等采用固相合成法合成了胡蜂蜂毒肽[15-16]，但并未對(duì)其合成條件進(jìn)行深入的研究。本文在此基礎(chǔ)上，采用Fmoc固相合成法，以Wang樹(shù)脂為載體，HBTU-HOBt為縮合劑，按照其氨基酸序列依次縮合，最終用切割試劑將其從樹(shù)脂上切割下來(lái)，得到粗肽，經(jīng)RP-HPLC純化得到目標(biāo)肽,純度97.6%。經(jīng)HR-MS(EI)分析，確定該肽為胡蜂蜂毒肽(Scheme 1)。

Scheme 1

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

UV-9100型紫外分光光度計(jì)；LC-6A型高效液相色譜儀；Agilent 6460型質(zhì)譜儀。

Fmoc-Ile-Wang樹(shù)脂，上海吉爾化學(xué)有限公司；1-羥基苯并三唑(HOBt)，上海思域化工科技有限公司；苯并三氮唑-N,N,N,N-四甲基脲六氟磷酸酯(HBTU),上海思域化工科技有限公司；其余試劑均為分析純。

1.2 胡蜂蜂毒肽的合成

(1) 樹(shù)脂的活化

稱(chēng)取2 g Fmoc-Ile-Wang樹(shù)脂(取代度SD=0.7 mmol·g-1)置于50 mL的固相合成管中，加入20 mL DCM溶脹30 min。后用DMF(4×1 min)沖洗，抽干待用。

(2) 脫樹(shù)脂保護(hù)

將20 mL 20%4-甲基哌啶/DMF加入固相合成管中，氮?dú)獯蛋璺磻?yīng)，重復(fù)操作兩次(1×5 min，1×30 min)。反應(yīng)完畢分別以DCM(1×1 min)和DMF(1×1 min)交替沖洗4次。

(3) 脫保護(hù)效率的檢測(cè)

取5 mg脫保護(hù)的肽樹(shù)脂置于潔凈的玻璃試管中，加入檢測(cè)試劑A～C各2滴，于105 ℃加熱3 min，樹(shù)脂變?yōu)樯钏{(lán)(陽(yáng)性)，表明脫保護(hù)完全。

(4) 第二個(gè)氨基酸的縮合

稱(chēng)取2.51 g(4.2 mmol)Fmoc-Asn(Trt)-OH， 1.59 g(4.2 mmol)HBTU， 0.57 g(4.2 mmol)HOBt和1.46 mL(8.4 mmol)N,N-二異丙基乙胺(DIEA)于50 mL燒杯中，加入20 mL DMF溶解完全；加入脫保護(hù)的肽樹(shù)脂，室溫氮?dú)夥諊路磻?yīng)2 h。縮合完畢，減壓抽濾，肽樹(shù)脂分別以DCM(1×1 min)和DMF(1×1 min)交替沖洗4次。

(5) 縮合效率的檢測(cè)

取5 mg(3)(4)步驟的肽樹(shù)脂置于玻璃試管中，加入檢測(cè)試劑A～C各兩滴，于105 ℃下加熱3 min，樹(shù)脂變?yōu)闊o(wú)色(陰性)，表明縮合完全。

表1 Fmoc-氨基酸投料比及用量

(6) 剩余氨基酸的縮合

重復(fù)(3)～(5)的步驟，按胡蜂蜂毒肽的序列，依次縮合剩余的氨基酸。若每次縮合完畢，樹(shù)脂檢測(cè)仍為陽(yáng)性或弱陽(yáng)性，需重復(fù)縮合，直至樹(shù)脂檢測(cè)為陰性。若重復(fù)縮合2～3次，樹(shù)脂檢測(cè)仍為弱陽(yáng)性，無(wú)需重復(fù)縮合，加入封閉試劑乙酸酐/吡啶=1/1(V/V)以封閉未反應(yīng)的氨基。胡蜂蜂毒肽的固相合成路線(xiàn)如Scheme 1，各氨基酸投料見(jiàn)表1。

(7) 樹(shù)脂的切割

將合成的肽樹(shù)脂抽干置于100 mL的圓底燒瓶中，加入40 mL切割試劑[三氟乙酸(TFA)/甲基苯基硫醚/H2O/苯酚/1,2-乙二硫醇=82.5/5/5/5/2.5,V/V/V/V/V]，室溫?cái)嚢? h。抽濾，濾液加入200 mL冰甲基叔丁基醚，析出大量白色固體沉淀，離心沉淀，棄掉上清液。沉淀物再加入5 mL冰甲基叔丁基醚，離心，重復(fù)5次，得到粗肽。

1.3 純化

將粗品肽用乙腈和水溶解，通過(guò)RP-HPLC純化，采用Welch Ultimate AQ-C18柱(250 mm×50 mm，15 μm)，流動(dòng)相A為乙腈，B為水，梯度洗脫，流速1.0 mL·min-1，檢測(cè)波長(zhǎng)為215 nm。

2 結(jié)果與討論

2.1 表征

純化后的胡蜂蜂毒肽經(jīng)HPLC分析，保留時(shí)間為8.54 min，純度為97.6%。經(jīng)HR-MS(EI)分析發(fā)現(xiàn)740.70對(duì)應(yīng){[M+2H]2+}，1480.92對(duì)應(yīng){[M+H]+}。與該肽分子量1479.88相符，表明該肽為胡蜂蜂毒肽。

2.2 合成

(1) 樹(shù)脂溶脹試劑

在本次實(shí)驗(yàn)中選擇Wang樹(shù)脂作為載體，在縮合之前，需要將樹(shù)脂充分溶脹，使樹(shù)脂上的活性基團(tuán)充分暴露，提高縮合效率。本次實(shí)驗(yàn)采用DCM、 DMF和DCM/DMF=1/1(V/V)三種溶劑對(duì)樹(shù)脂進(jìn)行溶脹30 min(表2)。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，DCM對(duì)Wang樹(shù)脂有更好的溶脹效果，因此本次采用DCM作為樹(shù)脂溶脹溶劑。

(2) 縮合劑

在固相合成多肽中，縮合劑的選擇也是影響縮合效率的關(guān)鍵因素，常見(jiàn)的主要有三種類(lèi)型：碳二亞胺類(lèi)，如N,N-二環(huán)己基碳二亞胺(DCC)；磷正離子類(lèi)，如PyBoP；脲正離子類(lèi)，如HBTU[17]。而碳二亞胺類(lèi)縮合劑在多肽合成中易發(fā)生副反應(yīng)，使肽鏈片段消旋化。而本次合成中我們采用HBTU-HOBt作為復(fù)合縮合劑，此縮合劑不僅可以提高縮合效率，每步縮合率達(dá)99.9%以上，同時(shí)加入HOBt也可以抑制消旋化反應(yīng)。

表2 不同溶劑對(duì)樹(shù)脂的溶脹程度

(3) 反應(yīng)溶劑

在合成過(guò)程中，反應(yīng)溶劑對(duì)底物的溶解程度也會(huì)影響多肽的縮合效率。我們比較了DMF、 DCM和DCM/DMF=1/1(V/V)等3種溶劑對(duì)底物的溶解性，結(jié)果見(jiàn)表3。由表3可知，DMF和DCM/DMF=1/1(V/V)能夠完全溶解底物，而DCM只能使底物部分溶解。由于DMF可以完全溶解底物，DCM可以使樹(shù)脂溶脹，更好地暴露活性基團(tuán)，從而可以更好地提高縮合效率。因此在此次合成中采用DCM/DMF=1/1(V/V)作為反應(yīng)溶劑。

表3 不同溶劑對(duì)底物的溶解程度

(4) 氨基酸投料比

固相合成多肽時(shí)，每一步的縮合效率都會(huì)影響目標(biāo)肽的純度及產(chǎn)率，因此需選擇適合的Fmoc-氨基酸投料比以提高縮合效率。在固相合成胡蜂蜂毒肽過(guò)程中，每一步縮合都以茚三酮顯色劑做定性檢測(cè)。結(jié)果顯示在縮合前10個(gè)氨基酸，僅加入3倍量的Fmoc-氨基酸，茚三酮檢測(cè)都為陰性，表明縮合率在99%以上。但發(fā)現(xiàn)隨著肽鏈的延長(zhǎng)，其縮合效率會(huì)有所下降，需要加入5倍量的Fmoc-氨基酸才能得到99%以上的縮合率。

(5) 脫保護(hù)試劑

Fmoc基團(tuán)是否徹底脫除直接影響下一步的縮合，進(jìn)而影響最終多肽的純度，所以對(duì)脫保護(hù)試劑的研究非常重要。Fmoc基團(tuán)在堿性條件下可有效脫除，通常采用20%哌啶/DMF作為脫保護(hù)試劑，但是哌啶為管制品試劑，難以購(gòu)買(mǎi)。本次實(shí)驗(yàn)我們研究了50%乙醇胺/DCM， 20%4-甲基哌啶/DMF和5%哌嗪/DMF三種脫保護(hù)試劑的脫除效率。采用Fmoc定量檢測(cè)方法測(cè)定脫保護(hù)效率[18]，該方法利用Fmoc基團(tuán)在波長(zhǎng)301 nm處具有很強(qiáng)的紫外吸收這一特點(diǎn)來(lái)計(jì)算脫保護(hù)的效率。結(jié)果如圖1，20% 4-甲基哌啶/DMF對(duì)Fmoc基團(tuán)有更好的脫除效果，反應(yīng)3 min，脫除率可達(dá)到80%；反應(yīng)5 min，即可達(dá)到99.9%以上。綜上，本次實(shí)驗(yàn)采用20% 4-甲基哌啶/DMF作為脫保護(hù)試劑。

t/min

采用Wang樹(shù)脂作為合成胡蜂蜂毒肽的載體，DCM作為樹(shù)脂溶脹溶劑，HBTU-HOBt為縮合試劑，DMF為反應(yīng)溶劑，20%4-甲基哌啶/DMF為脫保護(hù)試劑，TFA/甲基苯基硫醚/H2O/苯酚/1,2-乙二硫醇=82.5/5/5/5/2.5(V/V/V/V/V)為切割試劑，經(jīng)RP-HPLC純化，成功合成了胡蜂蜂毒肽。該方法具有操作簡(jiǎn)單、重復(fù)性好、成本低等優(yōu)點(diǎn)。