有机金属化学策略构建肽三环

引言

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图1. (A, B) 代表性的S-烷基化和芳基化策略示例，用于生成单环和双环约束肽。(C) 常见硫醇基大环化试剂在肽三环构建中的局限性示意图。(D) Au(III)有机金属试剂在半胱氨酸生物偶联化学中的应用概况简述。(E) 多种大环化试剂在生成结构复杂杂合肽体系方面保真度的图示比较。(F) 四金属Au(III)配合物在生成约束肽中的应用。（图源：Bioconjugate Chem. (2026) 37 (8): 1622–1632., https://doi.org/10.1021/acs.bioconjchem.6c00185）

约束型肽大环因兼具大分子足迹与改善的蛋白水解稳定性，成为下一代潜在治疗试剂。通过S-烷基化/S-芳基化实现半胱氨酸选择性修饰是常用环化策略。然而，随着肽中半胱氨酸数目增加，分子间寡聚化竞争加剧，使三环、四环等复杂体系构建面临挑战。Au(III)有机金属试剂因其对半胱氨酸的超快动力学（~10⁴ M⁻¹s⁻¹）和化学选择性，可有效避免脱靶反应与寡聚化。现有科学家利用四金属Au(III)试剂，在温和水相条件下围绕刚性芳基骨架构建肽三环，并将四苯乙烯（TPE）荧光骨架整合其中，利用大环化刚性化TPE的分子内旋转，实现水溶液中高荧光量子效率，并探索其在凋亡细胞成像中的应用。

四金属Au(III)试剂的合成与表征

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图2. (A) 三种四金属Au(III)试剂的示意图。(B) [2a–c]的³¹P{¹H} NMR谱图（DCM-d₂，162 MHz，25°C）。(C) 使用OLEX绘制的[2c]固态结构，热椭球体概率为50%。（图源：Bioconjugate Chem. (2026) 37 (8): 1622–1632., https://doi.org/10.1021/acs.bioconjchem.6c00185）

设计合成了三种四碘化芳基连接体（1a–1c，核心分别为甲烷、乙烯、苯）。与四当量MeDalPhos Au(I)配合物在AgSbF₆存在下反应，2小时内定量转化为四金属Au(III)配合物2a–2c（³¹P NMR监测，位移从56 ppm移至74 ppm）。2b的单晶XRD证实其四苯乙烯核心连接四个扭曲四面体Au(III)位点，各由双齿P,N配体螯合（图2）。

多位点生物共轭

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图3. (A) 四取代谷胱甘肽-芳基偶联物[3a–c]的生成方案。(B) 纯化后的[3a–c]的LCMS叠加谱图。（图源：Bioconjugate Chem. (2026) 37 (8): 1622–1632., https://doi.org/10.1021/acs.bioconjchem.6c00185）

将2a–c与四当量谷胱甘肽（GSH）在pH 8.0缓冲液中反应，5分钟内完成定量转化，经LCMS和HPLC纯化获得四取代共轭物3a–c，分离产率65–72%。证实每个Au(III)位点均能有效参与S-芳基化，且对硫醇具有高度选择性。

肽三环的构建与区域异构体控制

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图4. (A) 以四苯基乙烯为锚点的Au(III)介导肽三环形成的合成方案；(B) Au(III)介导的肽三环化反应在一系列四半胱氨酸肽底物和芳基骨架[a–e]上的底物适用范围。（图源：Bioconjugate Chem. (2026) 37 (8): 1622–1632., https://doi.org/10.1021/acs.bioconjchem.6c00185）

以含四半胱氨酸的肽I和2b为模型优化条件（pH 8，室温，5分钟），LCMS确认完全转化，MS/MS分析证实仅在半胱氨酸残基处发生S-芳基化，无其他亲核位点（胺、羟基）反应。无需还原剂即可避免二硫键。底物拓展（肽I–VIII，12至24聚体，半胱氨酸间距2×2×2至6×6×6）显示所有环化均快速完成，分离产率25–55%，且随肽链增长产率提高（空间位阻减小）。所有反应主要生成两种区域异构体，LCMS可分离。

系统比较实验（图4B及支持信息）：

刚性Au(III)试剂2b（平面TPE核心）+ 肽VI → 2种主要产物 + 3种微量异构体（<1%）；+ 肽I → 2种主要 + 4种次要（<10%）；+ 肽VIII（24聚体）→ 异构体分布复杂化。

柔性Au(III)试剂2d（含亚甲基氧间隔基）→ 异构体数显著增加（肽VI: 5种；肽I: 10种；肽VIII: 24种）。

传统有机试剂1f（1,2,4,5-四溴甲基苯，速率~10¹ M⁻¹s⁻¹）→ 异构体分布最宽（肽VI: 10种；肽I: 12种；肽VIII: 24种）。

结果表明：骨架刚性与预组织，配合超快Au(III)动力学，是实现受控三环化、最小化异构体分布的关键。Au(III)平台在宽pH范围（0.5–14）内仍保持高效（产率42–46%），优于多数pH敏感的生物共轭试剂。

荧光性质调控

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图5. (A) 四种以TPE核心为锚点的代表性约束肽三环的吸光度（虚线）和发射光谱（实线）。(B) 四种代表性肽三环底物的量子产率（ϕ）和寿命（ns）数据表。(C) 25 μM polyLys-VIb与HEK细胞在10% DMSO处理60分钟后的荧光通道、明场通道及叠加通道图像。

TPE是典型AIE荧光团，溶液态因苯环自由旋转而弱荧光。大环化通过分子内旋转受限（RIR）刚性化TPE，实现溶液态强发射。肽I–TPE三环Ib在DMF中发射470 nm，量子产率11%。随肽链缩短（肽VI，12聚体），刚性化增强，量子产率提升至65%，与固态材料相当，且激发态寿命为纳秒级。对照实验表明游离TPE或非环化肽无荧光，证明大环化是实现RIR的必要条件。

细胞成像与凋亡碎片选择性染色

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合成带polyLys标签的VIb（改善水溶性）和不带标签的VIb。与HEK293T细胞孵育后，荧光仅定位于细胞外碎片/凋亡小泡，无细胞内化。在DMSO诱导凋亡条件下，荧光信号增强且与凋亡小泡共定位，LIVE/DEAD染色证实活/死细胞均无信号。时间实验表明荧光在数分钟内达峰并维持，说明探针结合已有碎片而非诱导凋亡。使用水溶性四苯基硼酸核心类似物VIe的MTT实验证实大环本身无细胞毒性（与DMSO载体对照一致）。因此，TPE-肽三环作为“隐形”探针，可选择性染色凋亡碎片，不影响细胞活力。

展望

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Au(III)介导的四半胱氨酸肽高效三环化平台，具有超快动力学、宽pH适应性、极低区域异构体副产物等优势。该平台首次实现利用天然肽链刚性化TPE荧光团，获得溶液态高量子效率，并成功应用于凋亡碎片的选择性成像；凸显了有机金属化学在复杂生物分子架构精确构建中的变革性潜力，为治疗性肽大环和荧光生物探针的设计提供了新策略。

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