寡糖酶法模块化合成耦合固相分离的新策略研究

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作为生物体内重要的生物大分子,糖类化合物参与重要的生理及病理过程。由于自然界中糖类化合物结构的微观不均一性,通过天然原料提取来获得均一且结构明确的糖类化合物存在极大的挑战,阻碍了其生物学功能的进一步研究。为此,研究人员致力于发展各种寡糖合成策略。化学合成方法通常需要进行多步保护基操作;作为化学合成的替代方法,酶法合成具有高效的立体选择性和区域选择性、无需进行保护基操作、反应条件温和等优势。然而,已报道的酶法合成方法存在酶来源有限、反应体系复杂、分离纯化耗时费力等问题。基于上述问题,本论文发展了两种高效、便捷、普适性的液相酶法合成/固相“捕获-释放”分离纯化策略,已实现不同生物活性寡糖的快速制备。第一种方法是基于巯基标签辅助的液相酶法合成/固相“捕获-释放”分离纯化策略。首先,将化学合成的含巯基标签的糖基受体通过液相酶法模块化组装来进行糖链延伸,所获得的含巯基标签的糖苷化产物被Thiopropyl Sepharose 6B上的巯基通过二硫键特异性“捕获”,经淋洗除去非巯基化杂质后,利用含有二硫苏糖醇(Dithiothreitol,DTT)的淋洗液洗脱断开二硫键,“释放”糖苷化产物。主要包括以下内容:(1)化学法合成两个含巯基标签的乳糖苷受体通过化学方法以全乙酰化的乳糖为底物制备两类不同链长巯基标签修饰的乳糖受体Ⅱ-1和Ⅱ-2。(2)巯基标签辅助的固相“捕获-释放”分离纯化条件的探讨首先,我们将固定在Thiopropyl Sepharose 6B树脂上的乳糖苷化合物Ⅱ-1和Ⅱ-2分别作为受体,采用五种不同的酶法模块组装进行寡糖链的延伸,发现存在受体不被识别或转化效率低(<50%)的问题。而未利用Thiopropyl Sepharose 6B树脂固定化的游离乳糖苷Ⅱ-1和Ⅱ-2在液相酶法模块化组装策略中均能够被高效识别和反应,反应体系中糖苷化产物通过巯基标签辅助的固相“捕获-释放”分离纯化策略能够实现快速、高效的分离纯化。(3)巯基标签辅助的酶法模块组装复杂寡糖分别以含有巯基标签的乳糖苷化合物Ⅱ-1和Ⅱ-2为起始底物,经过液相酶法模块化组装和巯基标签辅助的“捕获-释放”分离纯化策略的交替使用,将Gal、GalNAc、Fuc、GlcNAc、Neu5Ac五个单糖通过10个酶法模块的串联使用,实现了神经节苷脂GM1、ABH血型抗原、poly-LacNAc及唾液酸化或岩藻糖苷化产物的高效、快速制备。(4)一步去除寡糖异头位的巯基标签分别以含有巯基标签的寡糖Ⅱ-10和Ⅱ-25为起始底物,通过N-溴代丁二酰亚胺的作用,可实现巯基标签的一步简单、快速去除得到游离寡糖。第二种方法是基于氟标签辅助的液相酶法合成/固相“捕获-释放”分离纯化策略。首先,氟标签修饰的乳糖苷受体通过液相酶法模块化组装实现糖链的延伸;接着利用氟标签和氟硅胶的特异性亲和力,专一性“捕获”氟标签修饰的糖苷化产物,利用疏氟溶剂除去糖核苷酸、盐等非氟化杂质实现糖苷化产物的分离纯化;然后利用亲氟溶剂洗脱“释放”糖苷化目标产物作为后续液相酶法模块化组装的受体底物。主要包括以下内容:(1)化学合成含有氟标签的乳糖苷受体通过化学方法设计合成了水溶性好、高特异性的两种单链氟标签Ⅲ-1、Ⅲ-2和一种双链氟标签Ⅲ-3。随后,分别与糖基供体Ⅲ-26发生糖苷化反应,获得含单链氟标签的乳糖苷化合物Ⅲ-16、Ⅲ-17和含双链氟标签的乳糖苷化合物Ⅲ-18。(2)氟标签辅助的固相“捕获-释放”分离纯化条件的探究为了研究氟含量对氟标签辅助的“捕获-释放”分离纯化条件的影响,我们比较了三种氟标签在寡糖酶法合成中的分离纯化效果。研究发现,糖链延伸至五糖(Ⅲ-16为起始受体)或六糖(Ⅲ-17为起始受体)时,无法实现目标产物与非氟化杂质的有效分离;而以Ⅲ-18为糖基受体进行糖链的延伸时能够实现目标产物高效、特异性地分离纯化。(3)氟标签辅助的酶法模块组装复杂寡糖以Ⅲ-18作为糖基受体,利用氟标签辅助的“捕获-释放”分离纯化策略与15种酶法模块之间良好的相容性,成功地制备了 ABH血型抗原及其衍生物、神经节苷脂GM1及衍生物、poly-LacNAc、Lewis抗原及其衍生物、Globo H抗原及其衍生物。(4)氟标签的脱除与循环使用经一步简单的催化氢化反应即可实现氟标签的快速脱除和无保护寡糖的制备;去除的氟标签经过简单的氧化、还原反应便可实现快速再生,实现氟标签的循环利用。本研究的创新点如下:1、发展了两种集液相酶法合成和固相分离纯化于一体的复杂寡糖简单、快速、高效制备新策略,该策略同时兼容了酶法液相合成的底物宽泛性、高效性和固相分离纯化的简单、高效、快速等优势。2、通过多种酶法组装模块与固相“捕获-释放”分离纯化策略的交替循环使用,成功制备了 poly-LacNAc、ABH血型抗原、Lewis抗原及其唾液酸化衍生物、GM1及其衍生物、Globo H及其衍生物等多种生物活性复杂寡糖。3、经过一步简单的化学反应即可实现纯化标签的快速脱除及无保护天然寡糖的简单、快速制备,脱除的氟标签经过温和的化学反应就可实现氟标签的再生和循环利用,提高了原子经济性。4、含有异头位巯基标签的糖链经简单的硫醚生成反应可获得稳定性增强的糖肽化合物,为相关糖肽的合成提供了新的途径。
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