128糖！上海有机所俞飚课题组用化学方法合成线性最长的聚糖分子

　　导读

　　近日，中科院上海有机所生命有机化学国家重点实验室的俞飚课题组开展了对该拟杆菌脂多糖O-抗原糖链的化学合成研究。相关工作于近日发表在『自然－通讯』（Nat. Commun.2020, 11, 4142; ）。

　　细菌表面的脂多糖，简称LPS，是革兰氏阴性菌细胞壁的重要成分，其多糖大都具有显著的诱导炎症的效应，是细菌内毒素的主要成分。近年来，意大利科学家Molinaro等人通过对一种欧美人群中常见的肠道共生菌，即普通拟杆菌Bacteroides vulgatus mpk的研究发现，该拟杆菌表面的脂多糖能够起到调节小鼠免疫反应的作用, 从而使小鼠具有预防炎症性肠病的能力。这一发现与通常认为的细菌表面脂多糖的功能截然相反。该普通拟杆菌的脂多糖的O-抗原具有独特的[→4)-α-鼠李糖-(1→3)-β-甘露糖-(1→]二糖重复单元。这一独特的糖链结构及其反常的生物学功能使得对于该糖链的化学合成具有重要的意义；通过全合成获得该类聚糖有助于对其功能的深入研究，推动相应的难治性肠炎药物的研发。

　　生命有机化学国家重点实验室的俞飚课题组开展了对该拟杆菌脂多糖O-抗原糖链的化学合成研究。他们首先在二糖水平上解决了其中难以构建的β-D-甘露糖苷键的合成问题，开发了可以大量制备的正交保护的二糖砌块的方法。随后，把该二糖砌块制备成给体和受体，通过较容易控制的α-鼠李糖糖苷化反应得到四糖；随后，通过相应的[2n + 2n]迭代组装得到了全保护的8糖、16糖、32糖、64糖和128糖。其中，对于[2n + 2n]的糖苷化连接使用了该课题组发展的一价金催化的“俞氏”糖苷化反应（Yu Glycosylation）。该反应的给体容易制备、性质稳定、活化条件温和，是实现该多糖合成的一个关键。合成中的另一个关键是对于多糖的保护基的脱除；在对128糖的合成过程中涉及到258个保护基的脱除，322个碳-氧键的断裂，而多糖底物的溶解性会随着反应的进行而发生变化，因此，保护基的完全脱除具有很大的挑战。通过对反应条件的仔细摸索和精准把控，他们最终获得了高纯度的目标多糖化合物。其中的128糖也是迄今为止采用化学方法所合成出的线性最长的聚糖分子。

　　本图来自该论文的“Behind The Paper” (链接：https://chemistrycommunity.nature.com/posts/synthesis-of-the-longest-linear-128-mer-glycan?channel_id=1465-behind-the-paper)

　　对于该128糖的结构鉴定用到了目前较为先进的多糖分析技术。意大利那不勒斯菲里德里克第二大学的Silipo博士使用二维扩散排序核磁共振谱(2D DOSY)精确验证了64糖的分子量。此外，Silipo博士还通过核磁共振实验和计算模拟等手段确定了该系列多糖在溶液中的线性延展构象。128糖的准确分子量（Mw = 19748）由荷兰莱顿大学的Nicolardi博士使用基质辅助激光解吸离子化-傅立叶变换离子回旋共振质谱（MALDI FT-ICR MS）确定。此外，阿姆斯特丹感染和免疫研究所的Chiodo博士对该系列多糖与免疫相关的人源凝集素的识别进行了筛选，发现该系列多糖能够选择性识别树突状细胞表面C-性凝集素DC-SIGN，这为对该拟杆菌脂多糖的后续生物学和药理学研究提供了新线索。

　　上述工作于近日发表在『自然－通讯』（Nat. Commun.2020, 11, 4142; https://doi.org/10.1038/s41467-020-17992-x）；论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-020-17992-x.pdf。该工作的化学全合成部分由俞飚课题组的博士研究生朱乾（中科院上海有机化学研究所）和沈铮男（上海科技大学）完成，结构确证部分由Alba Silipo教授、Antonio Molinaro教授和Simone Nicolardi博士完成，凝集素结合测定由Fabrizio Chiodo博士完成。

　　该工作得到了科技部、国家自然科学基金委和中国科学院等的大力资助。

　　来源 | 上海有机所 编辑 | 化学加