促红细胞生成素(erythropoietin, EPO)是一种常见的抗癌辅助药物,用于改善化疗引起的贫血,上市产品有Procrit(Johnson & Johnson)、Epogen(Amgen)、Aranesp(Amgen)。EPO是一种含166个氨基酸的糖蛋白,Ser126、Asp24、Asp38、Asp83四个位点都能接上不同的糖基,从而产生了多种糖基化形式。
目前生物制品的生产大多依靠基因重组技术,这种方法得到的是多个糖基化形式的混合物,无法得到单一结构的纯品。然而研究显示,EPO的糖基化形式对活性、稳定性有影响,研究构效关系、寻找最优糖基化形式必须先得到单一形式EPO纯品。为了解决这个问题,斯隆-凯特林癌症研究所完成了促红细胞生成素的全合成,拿到EPO糖基化I型纯品。 关于EPO的全合成见:Science. 2013, 342(6164), 1357-1360.
Science对EPO全合成的点评见:Science. 2013, 342(6164), 1332-1333.
EPO的全合成得益于自然化学连接技术(nativechemical ligation, NCL),在温和条件实现多肽链的选择性连接,突破固相化学只能合成50个氨基酸长度多肽的限制。传统的NCL技术要求两段多肽链在连接位点有半胱氨酸残基,而EPO则不具备合适的半胱胺酸残基,研究人员应用斯克利普斯研究所报道的脱硫技术(metal-freedesulfurization, MFD),在温和条件下将半胱氨酸转化为丙氨酸,从而解决肽链组合连接的问题。
关于自然化学连接技术见:Science. 1994, 266(5186),776-779.
关于NCL-脱硫联用连接肽链技术见:J. Am. Chem. Soc. 2001, 123(4),526-533.
关于多肽合成中的Cys-Ala转化见:Angew. Chem. Int. Ed. 2007, 46,9248-9252.
EPO合成的另一大难点是合成多糖侧链,因为糖环上含有多个羟基,而EPO的N-苷侧链有多个分枝,糖单元数目达到20,选择性精确合成这样的糖链比肽链难得多,没有统一的buildingblock和合成方法。 糖链合成后必须连接到肽链上,这也不是一件容易的事,麻省理工学院报道的convergentaspartylation完美地解决了这个问题。
关于天冬氨酸与glycan-NH2的偶联技术见:J. Am. Chem. Soc. 1993, 115(23),10531-10537.
化学与生物学之间本来就没有严格的区分,化学合成中用生物酶催化已经很常见,而现在更是用化学全合成制备生物制品。一个现实的问题是,用化学合成生产的生物制品(蛋白、多肽等)该按生物制品申报还是化学药物申报,CFDA似乎还没有明确这个问题。