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藥物偶聯(lián)物由三部分組成：載體、連接子和有效載荷。
在多肽-藥物偶聯(lián)物?(PDC)?中，載體?(也稱為靶向肽)?負(fù)責(zé)將藥物靶向遞送至相應(yīng)的腫瘤靶點(diǎn)。有效載荷是能夠殺死癌細(xì)胞的細(xì)胞毒素，而連接子則將肽類藥物偶聯(lián)物?(PDC)?的兩個(gè)組成部分連接起來(lái)，并誘導(dǎo)藥物釋放。
示意圖 1. 藥物偶聯(lián)物的組成[1]。
多肽偶聯(lián)?(Peptide conjugation)?指將多肽與另一種功能性分子，如小分子藥物、熒光分子、抗體，或納米顆粒通過(guò)化學(xué)方式形成復(fù)合物的過(guò)程。偶聯(lián)的核心在于通過(guò)特定的化學(xué)反應(yīng)基團(tuán)將兩種分子共價(jià)結(jié)合。
多肽是以氨基酸為基本單位、通過(guò)肽鍵連接形成的化合物，因此常含有多個(gè)反應(yīng)活性基團(tuán)。常用于偶聯(lián)的多肽反應(yīng)基團(tuán)包括 N 端氨基?(-NH?)?、C 端羧基?(-COOH)?、賴氨酸側(cè)鏈氨基?(-NH?)?、半胱氨酸側(cè)鏈巰基?(-SH)?等。也可以在多肽中先引入疊氮?(-N3)?、炔基等反應(yīng)活性基團(tuán)，再進(jìn)行偶聯(lián)。
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圖 2. α-氨基酸、賴氨酸 (Lys) 、谷氨酸 (Glu) 、半胱氨酸 (Cys) 與多肽結(jié)構(gòu)示意圖，藍(lán)色：反應(yīng)活性基團(tuán)。
常用的偶聯(lián)策略包括：酰胺鍵偶聯(lián)、氨基-NHS 酯反應(yīng)、巰基-馬來(lái)亞酰胺反應(yīng)、點(diǎn)擊化學(xué)、AcBr-巰基反應(yīng)[1][2][3]。
通過(guò)分子上的氨基?(-NH2)?與分子上的羧基?(-COOH)?反應(yīng)形成穩(wěn)定的酰胺鍵，是最常用的偶聯(lián)方法之一。
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圖 3. 氨基 (-NH2) 與羧基 (-COOH) 形成酰胺鍵，藍(lán)色表示反應(yīng)活性基團(tuán)，紅色表示偶聯(lián)后結(jié)構(gòu)。
利用?NHS?(N-羥基琥珀酰亞胺)?活化羧基生成 NHS 酯，使其更容易與多肽的氨基結(jié)合，該反應(yīng)高效且條件溫和。
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圖 4. 氨基 (-NH2) 與 NHS 酯形成酰胺鍵，藍(lán)色表示反應(yīng)活性基團(tuán)，紅色表示偶聯(lián)后結(jié)構(gòu)。
多肽上的巰基?(–SH)?可以與馬來(lái)亞酰胺基團(tuán)?(maleimide)?特異性結(jié)合，常用于帶有半胱氨酸的多肽，實(shí)現(xiàn)選擇性偶聯(lián)。
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圖 5. 巰基 (-SH) 與馬來(lái)亞酰胺基團(tuán)形成硫醚鍵，藍(lán)色表示反應(yīng)活性基團(tuán)，紅色表示偶聯(lián)后結(jié)構(gòu)。
??點(diǎn)擊化學(xué)?(Click Chemistry)?是一類化學(xué)反應(yīng)的統(tǒng)稱，特點(diǎn)是高效、選擇性強(qiáng)、條件溫和，就像“點(diǎn)擊一下”就能將兩個(gè)分子牢牢連接在一起。在多肽偶聯(lián)中，CuAAC 和 SPAAC 體系是最常用的點(diǎn)擊化學(xué)方案。
??CuAAC?(Cu-catalysed azide–alkyne cycloaddition，銅催化疊氮-炔環(huán)加成)?是最經(jīng)典的點(diǎn)擊化學(xué)反應(yīng)之一。通過(guò)分子中的疊氮基?(–N?)?與末端炔基?(–C≡CH)?在 Cu?(I)?催化下發(fā)生環(huán)加成反應(yīng)，生成穩(wěn)定的 1,2,3-三唑環(huán)?(圖 6A)?。該反應(yīng)條件溫和、選擇性高、產(chǎn)率高，但缺點(diǎn)是需要銅催化，對(duì)蛋白與細(xì)胞具有一定毒性，更適合體外研究。
??SPAAC(strain-promoted azide–alkyne cycloaddition，無(wú)銅應(yīng)變促進(jìn)疊氮-炔環(huán)加成)?是一種無(wú)銅點(diǎn)擊化學(xué)方案，利用帶有環(huán)張力的炔基?(如環(huán)辛炔)?與疊氮基自發(fā)發(fā)生環(huán)加成反應(yīng)?(圖 6B)?。該反應(yīng)無(wú)需催化劑，可用于活細(xì)胞標(biāo)記、體內(nèi)成像等場(chǎng)景。
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圖 6. CuAAC 與 SPAAC 反應(yīng)機(jī)理，藍(lán)色表示反應(yīng)活性基團(tuán)，紅色表示偶聯(lián)后結(jié)構(gòu)。
通過(guò)分子中的溴乙?；?(-AcBr)?與巰基?(-SH)?反應(yīng)形成穩(wěn)定的硫醚鍵，這也是一種常用的巰基偶聯(lián)策略。
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圖 7. 溴乙?；c巰基反應(yīng)機(jī)理，藍(lán)色表示反應(yīng)活性基團(tuán)，紅色表示偶聯(lián)后結(jié)構(gòu)。
Section.02
定點(diǎn)偶聯(lián)與非定點(diǎn)偶聯(lián)
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在多肽偶聯(lián)中，根據(jù)連接位置是否可控，通常分為定點(diǎn)偶聯(lián)與非定點(diǎn)偶聯(lián)。
多肽定點(diǎn)偶聯(lián)?(Site-specific conjugation)?是指在多肽的特定位置?(如某個(gè)氨基酸位點(diǎn))?發(fā)生偶聯(lián)，從而生成單一產(chǎn)物，具有良好的重復(fù)性，更符合藥物開(kāi)發(fā)的要求。非定點(diǎn)偶聯(lián)?(Random conjugation)?是指在所有可反應(yīng)的位點(diǎn)隨機(jī)發(fā)生反應(yīng)，生成混合產(chǎn)物。
定點(diǎn)偶聯(lián)可以通過(guò)特定殘基引入。例如，在 Peptide 2 中，可反應(yīng)的活性基團(tuán)有氨基、巰基與羧基。選擇巰基或 C 端羧基偶聯(lián)另一功能性分子，可以實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)偶聯(lián)；而 Peptide 2 含有 3 個(gè)氨基，直接通過(guò)氨基反應(yīng)時(shí)，肽的 N 端與 Lys1 及 Lys2 位點(diǎn)都可能發(fā)生反應(yīng)。如果希望在 N 端引入偶聯(lián)分子，則可以先將 Lys 上的殘基進(jìn)行保護(hù)，使其失去反應(yīng)活性，從而實(shí)現(xiàn) N 端的定點(diǎn)偶聯(lián)?(圖 8)?。
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圖 8. Peptide 2 結(jié)構(gòu)示意圖。顏色標(biāo)記為反應(yīng)活性基團(tuán)：藍(lán)色-氨基，紅色-巰基，紫色-羧基。
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多肽偶聯(lián)應(yīng)用
與實(shí)施案例
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通過(guò)偶聯(lián)，可以將多肽與不同的功能性分子，如小分子藥物、抗體、載體蛋白、熒光分子、納米材料等連接在一起，旨在提高藥物的靶向性、改善分子穩(wěn)定性與半衰期，或賦予分子新的功能。
因此，多肽偶聯(lián)也常被應(yīng)用于藥物開(kāi)發(fā)、分子成像、材料科學(xué)、分子機(jī)制研究等領(lǐng)域。
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在現(xiàn)代生物醫(yī)藥與功能材料研究中，偶聯(lián)已成為連接“分子識(shí)別”與“功能實(shí)現(xiàn)”的關(guān)鍵橋梁。通過(guò)合理選擇偶聯(lián)位點(diǎn)與化學(xué)策略，不僅可以精準(zhǔn)調(diào)控分子的結(jié)構(gòu)與活性，還能夠顯著拓展多肽在藥物遞送、分子成像及納米技術(shù)等領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。
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產(chǎn)品推薦
參考文獻(xiàn)
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