多肽是由多個氨基酸通過酰胺鍵(肽鍵)連接而成的生物分子，是蛋白質的基本組成單元，也是眾多藥物、激素、抗菌劑和信號分子的核心結構。隨著生物醫(yī)藥、新材料和化學生物學的發(fā)展，人工合成多肽已成為科研與工業(yè)領域的重要技術。本文將系統(tǒng)介紹多肽合成的基本原理、主流方法、關鍵步驟及其應用。

一、什么是多肽合成?

多肽合成是指在實驗室或工業(yè)條件下，按照預設的氨基酸序列，通過化學方法將氨基酸逐個連接，形成特定長度和結構的多肽鏈的過程。根據(jù)反應體系的不同，可分為液相合成和固相合成。其中，固相多肽合成(Solid-Phase Peptide Synthesis, SPPS)由美國化學家R. Bruce Merrifield于1963年研究的，并因此獲得1984年諾貝爾化學獎，現(xiàn)已成為主流技術。

二、固相多肽合成的基本原理

SPPS的核心思想是：將多肽鏈的C端(羧基端)共價連接到不溶性高分子樹脂上，然后從N端(氨基端)開始，逐個添加氨基酸，每加一個氨基酸就完成一次“脫保護—偶聯(lián)—洗滌”的循環(huán)。整個過程在固相載體上進行，未反應的試劑和副產(chǎn)物可通過簡單過濾和洗滌去除，極大簡化了純化步驟。

三、多肽合成的關鍵步驟

1. 樹脂選擇與首氨基酸固定

合成起始于選擇合適的固相載體(如交聯(lián)聚苯乙烯、PEG-PS樹脂等)，其表面帶有可反應的官能團(如Wang樹脂的羥基、Rink Amide樹脂的氨基)。第一個氨基酸的羧基與樹脂通過酯鍵或酰胺鍵連接，其α-氨基需預先保護。

2. 氨基酸的保護與脫保護

為防止副反應，參與反應的氨基酸必須進行選擇性保護：

α-氨基：常用Fmoc(9-芴甲氧羰基)或Boc(叔丁氧羰基)保護;

側鏈活性基團(如Lys的ε-氨基、Cys的巰基、Asp/Glu的羧基等)：采用酸敏感的保護基(如tBu、Trt等);

羧基：在固相合成中通常不保護，因其已用于偶聯(lián)。

每輪偶聯(lián)前，需先脫除當前樹脂上多肽鏈N端的保護基，暴露出游離氨基以進行下一步反應。

3. 成肽反應(偶聯(lián))

將下一個保護氨基酸的羧基活化(常用HBTU/HOBt/DIPEA、PyBOP、DIC/Oxyma等縮合體系)，與樹脂上多肽的游離氨基反應，形成新的肽鍵。反應需高效、快速，避免消旋或副產(chǎn)物生成。

4. 裂解與脫側鏈保護

當目標序列合成完成后，需用強酸試劑(如TFA)將多肽從樹脂上切割下來，同時脫除所有側鏈保護基。Fmoc策略常用TFA/水/清除劑(如TIS)混合液;Boc策略則需更劇烈的條件(如HF或TFMSA)。

5. 純化與鑒定

裂解得到的粗品多肽含有缺失序列、副產(chǎn)物和雜質，需通過反相高效液相色譜(RP-HPLC)進行純化。隨后利用質譜(MS)確認分子量，分析型HPLC評估純度，必要時進行氨基酸組成分析或圓二色譜(CD)結構表征。

四、兩種主流合成策略：Fmoc vs Boc

目前，F(xiàn)moc/tBu策略因操作安全、條件溫和、兼容性強，已成為絕大多數(shù)多肽合成的理想選擇。

五、多肽合成的應用

藥物開發(fā)：如胰島素類似物、GLP-1受體激動劑(司美格魯肽)、抗菌肽等;

疫苗研發(fā)：合成抗原表位肽用于免疫研究;

基礎科研：制備標記肽、酶底物、受體配體等;

化妝品與保健品：如信號肽(促進膠原蛋白生成)、谷胱甘肽等;

材料科學：自組裝多肽納米材料、生物傳感器等。

六、挑戰(zhàn)與未來方向

盡管多肽合成技術已相當成熟，但仍面臨長肽合成效率低、消旋風險、疏水肽聚集難溶等挑戰(zhàn)。當前研究熱點包括：

自動化與高通量合成平臺;

微波輔助加速偶聯(lián);

化學連接法(Native Chemical Ligation)合成超長肽或蛋白質;

綠色溶劑替代DMF;

人工智能輔助序列設計與合成優(yōu)化。

多肽合成是一項融合有機化學、高分子科學與生物技術的精密工程。從 Merrifield 的開創(chuàng)性工作到今天的自動化合成平臺，這項技術不僅推動了生命科學的發(fā)展，更在醫(yī)藥健康領域展現(xiàn)出巨大潛力。