多肽合成：从氨基酸到功能分子的精密构建

多肽是由多个氨基酸通过酰胺键(肽键)连接而成的生物分子，是蛋白质的基本组成单元，也是众多药物、激素、抗菌剂和信号分子的核心结构。随着生物医药、新材料和化学生物学的发展，人工合成多肽已成为科研与工业领域的重要技术。本文将系统介绍多肽合成的基本原理、主流方法、关键步骤及其应用。

一、什么是多肽合成?

多肽合成是指在实验室或工业条件下，按照预设的氨基酸序列，通过化学方法将氨基酸逐个连接，形成特定长度和结构的多肽链的过程。根据反应体系的不同，可分为液相合成和固相合成。其中，固相多肽合成(Solid-Phase Peptide Synthesis, SPPS)由美国化学家R. Bruce Merrifield于1963年研究的，并因此获得1984年诺贝尔化学奖，现已成为主流技术。

二、固相多肽合成的基本原理

SPPS的核心思想是：将多肽链的C端(羧基端)共价连接到不溶性高分子树脂上，然后从N端(氨基端)开始，逐个添加氨基酸，每加一个氨基酸就完成一次“脱保护—偶联—洗涤”的循环。整个过程在固相载体上进行，未反应的试剂和副产物可通过简单过滤和洗涤去除，极大简化了纯化步骤。

三、多肽合成的关键步骤

1. 树脂选择与首氨基酸固定

合成起始于选择合适的固相载体(如交联聚苯乙烯、PEG-PS树脂等)，其表面带有可反应的官能团(如Wang树脂的羟基、Rink Amide树脂的氨基)。第一个氨基酸的羧基与树脂通过酯键或酰胺键连接，其α-氨基需预先保护。

2. 氨基酸的保护与脱保护

为防止副反应，参与反应的氨基酸必须进行选择性保护：

α-氨基：常用Fmoc(9-芴甲氧羰基)或Boc(叔丁氧羰基)保护;

侧链活性基团(如Lys的ε-氨基、Cys的巯基、Asp/Glu的羧基等)：采用酸敏感的保护基(如tBu、Trt等);

羧基：在固相合成中通常不保护，因其已用于偶联。

每轮偶联前，需先脱除当前树脂上多肽链N端的保护基，暴露出游离氨基以进行下一步反应。

3. 成肽反应(偶联)

将下一个保护氨基酸的羧基活化(常用HBTU/HOBt/DIPEA、PyBOP、DIC/Oxyma等缩合体系)，与树脂上多肽的游离氨基反应，形成新的肽键。反应需高效、快速，避免消旋或副产物生成。

4. 裂解与脱侧链保护

当目标序列合成完成后，需用强酸试剂(如TFA)将多肽从树脂上切割下来，同时脱除所有侧链保护基。Fmoc策略常用TFA/水/清除剂(如TIS)混合液;Boc策略则需更剧烈的条件(如HF或TFMSA)。

5. 纯化与鉴定

裂解得到的粗品多肽含有缺失序列、副产物和杂质，需通过反相高效液相色谱(RP-HPLC)进行纯化。随后利用质谱(MS)确认分子量，分析型HPLC评估纯度，必要时进行氨基酸组成分析或圆二色谱(CD)结构表征。

四、两种主流合成策略：Fmoc vs Boc

目前，Fmoc/tBu策略因操作安全、条件温和、兼容性强，已成为绝大多数多肽合成的理想选择。

五、多肽合成的应用

药物开发：如胰岛素类似物、GLP-1受体激动剂(司美格鲁肽)、抗菌肽等;

疫苗研发：合成抗原表位肽用于免疫研究;

基础科研：制备标记肽、酶底物、受体配体等;

化妆品与保健品：如信号肽(促进胶原蛋白生成)、谷胱甘肽等;

材料科学：自组装多肽纳米材料、生物传感器等。

六、挑战与未来方向

尽管多肽合成技术已相当成熟，但仍面临长肽合成效率低、消旋风险、疏水肽聚集难溶等挑战。当前研究热点包括：

自动化与高通量合成平台;

微波辅助加速偶联;

化学连接法(Native Chemical Ligation)合成超长肽或蛋白质;

绿色溶剂替代DMF;

人工智能辅助序列设计与合成优化。

多肽合成是一项融合有机化学、高分子科学与生物技术的精密工程。从 Merrifield 的开创性工作到今天的自动化合成平台，这项技术不仅推动了生命科学的发展，更在医药健康领域展现出巨大潜力。