胜肽骨架(Peptide Backbone)是由C、H、O和N等生命元素所構成,然而核醣體合成的胜肽骨架通常僅限於形成醯胺鍵(C–N)、酯鍵(C–O)和硫酯鍵(C–S),無法建立C–C鍵。儘管科學家已投入大量努力去改造轉譯機制,但結果仍不理想。目前尚未有任何方法能在核醣體產物的骨架中選擇性地形成酮類C–C鍵。將酮官能基嵌入胜肽骨架有許多優勢:酮官能基具有獨特的反應活性,能與親核試劑進行後期多樣化修飾。傳統上,在胜肽骨架中形成C–C鍵會面臨兩大挑戰:一是在人體內正常pH條件下難以形成穩定的碳陰離子,特別是在缺乏空間位阻的情況下;二是熱力學不利,如Claisen縮合等常見的C–C鍵形成反應,通常需要高pH條件下以失去質子的形式來提供驅動力。然而,在自然界中,聚酮合酶(polyketide synthase)這類酶能巧妙地解決形成C–C鍵的難題,它透過將反應物固定在酶的口袋中(鄰近效應),再促進脫羧反應產生碳陰離子,從而高效形成C–C鍵。但這需要複雜的酶系統。若科學家能開發出一種不依賴酶、直接在實驗室中就能在胜肽骨架上形成C–C鍵的簡單方法,就能更容易地合成出類似天然產物(如聚酮類抗生素)結構的胜肽藥物,為藥物開發帶來新的可能性。
近日,美國加州大學柏克萊分校的研究團隊,成功開發出一種能在胜肽骨架中形成C–C鍵的方法。研究團隊發現,含有去水乳酸(DHL,Dehydrolactic acid)結構的胜肽,會經歷一系列精確的醯基重排反應,進而自發形成α,γ-二酮醯胺結構。這種關鍵的DHL結構可透過兩種方式引入胜肽:一是利用核醣體直接合成;二是在固相合成胜肽中引入α-hydroxyphenylselenocysteine,隨後再進行氧化處理。在pH(7-9)環境下孵育後,DHL結構會迅速重排,產生含有新C–C鍵的α,γ-二酮醯胺,這種結構可與聯氨類形成吡唑環,或與羥胺類形成肟結構。理論計算表明,這一轉換過程涉及一個複雜的醯基重排級聯反應,過程中氮原子先與骨架酯發生反應,形成環狀中間體,再經過開環重排最終生成穩定的二酮結構。