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課題組JACS：化學調控多肽結構與功能的新方法
導讀
多肽在各種生命體系中廣泛分布，具有重要的生物學功能。通過化學修飾，可以遮蔽肽的活性，然后在外部刺激（如光或小分子）的作用下將其活性恢復，這為解析復雜的生物過程和開發潛在的藥物療法提供了有力的工具。目前，設計籠型多肽的主要方法是利用可脫除基團（如鄰硝基芐基）對其氨基酸側鏈進行可逆修飾（如圖1上所示）。然而，由于多肽通常缺乏特定的活性殘基，因此采用這種方法設計的籠型多肽的活性往往難以預測。
另一種常見的策略是通過使用光轉換基團，如偶氮苯，來調控多肽的空間構象（如圖1下所示）。然而，這種策略在許多情況下無法提供足夠的構象變化，導致多肽在“活性"和“失活"狀態之間的功能差異有限。因此，迫切需要引入新的設計理念，以開發新方法來調控肽的結構和功能。
二硫鍵廣泛存在于分泌和膜結合型多肽中，其對維持多肽的結構與功能至關重要。通常情況下，破壞肽段中的一個或多個二硫鍵會顯著破壞其二級結構并導致功能喪失。在自然界，通過控制分子內二硫鍵的形成和斷裂來調節肽或蛋白質的功能是常見的現象。
因此，如果能夠通過光或小分子的誘導來促使多肽分子內二硫鍵的形成，這將為調控多肽的結構和功能提供一種全新的通用策略。江西中醫藥大學萬陽課題組提出了這一創新性的概念，被稱為"光籠二硫鍵"，并發展了基于4,5-二甲氧基-2-硝基芐基（oNv）的光脫籠-氧化一體策略，以誘導多肽內的二硫鍵原位配對。他們成功地將這一策略應用于調控抗菌肽Tachyplesin I的結構和功能。（見圖2所示）
光介導的半胱氨酸之間的快速二硫鍵形成
本工作的開展最初源于作者發現光照（365 nm）光籠半胱胺酸（Fmoc-Cys（S-oNv）-OH, 1）會促使釋放的半胱氨酸（2）迅速轉變成成胱氨酸（3）（圖3所示）。作者推測應該是某些因素促使了二硫鍵的形成，并排除了ROS和O2氧化的可能性。
二硫鍵形成機理研究
作者隨后對該過程的作用機理進行了詳細研究，并證實了是oNv光解副產物4,5-二甲氧基-2-亞硝基苯甲醛促使半胱氨酸的氧化（圖4所示）。在該光控體系中，oNv既充當巰基保護基團，又充當氧化劑（光解后）。作者將該光誘導二硫鍵形成過程命名為“break-to-bond"。
模型肽的研究和Tachyplesin I的應用
接下來，作者設想能否將該光控體系用于調控多肽分子內二硫鍵形成。作者首先在兩條模型肽PWA-7與PWA-10進行驗證，發現能均能以中等收率生成氧化型多肽OWA-7與OWA-10。最后，為了證明該方法的應用潛力，作者將其同于調控β-折疊型天然抗菌肽Tachyplesin I （TPI）的結構與功能。TPI含有兩對分子內二硫鍵，作者合成了兩個籠型類似物TPI-1與TPI-2。圓二色譜分析顯示TPI-1的β-折疊結構被顯著的破壞而TPI-2仍保持和母肽類似物的結構。與之相對的，TPI-1的溶血毒性大幅降低而TPI-2具有與母肽相當的毒性。作者接下來對兩個類似物進行光照脫籠，有趣的是，TPI-1可以被迅速脫除oNv基團并形成二硫鍵，恢復二級結構與抗菌活性，而TPI-2的光解效率明顯低于前者，總之，通過TPI-1的光激活實驗有效驗證了光籠二硫鍵策略在調控多肽結構與功能方面的應用潛力。
總結
綜上所述，本文作者性地提出了"光籠二硫鍵"的概念，并發展了一種基于oNv基團的"光脫籠-氧化一體策略"，用以誘導多肽內的二硫鍵原位配對。這一創新方法為化學調控含有二硫鍵的多肽的結構和功能提供了全新的思路和方法