天然磷酰糖肽及类似物的立体选择性合成与酶抑制活性研究

Phosphoramidon and talopeptin are natural phosphorus-containing glycopeptides isolated from cultures of streptomyces. As a potent inhibitor of certain metalloproteases, such as thermolysin, phosphoramidon has been widely used in a myriad of biological and medicinal research. Due to the unusual glyco-1-phosphoramidate structure, chemical synthesis of natural glycopeptides has always been a challenging task for both phosphorus chemistry and glyco-chemistry. In our preliminary research, it has been found that the anomeric configuration of phosphitylated rhamnose could be controlled by using different reaction conditions. In this research proposal, the reaction mechanism of anomerization will be elucidated, and the reaction conditions for anomeric configuration control will be optimized. Based on this research, a novel route for stereoselective synthesis of phosphoramidon and talopeptin via H-phosphonate diester intermediates will be developed. The H-phosphonate monoester approach reported previously by the applicant will be also modified by employing new silylating reagents and oxidation systems. Two series of over 20 novel phosphoramidon analogues, featuring structural variations on sugar and phosphoramidate respectively, will be designed and synthesized. Determination of inhibitory activity of the new analogues against thermolysin with enzymatic bioassays will provide valuable information about structure-activity relationship of sugar and phosphoramidate moieties, facilitate discovery of more potent and stable thermolysin inhibitors, and promote research in metalloprotease inhibitor-related scientific fields.

磷氨米酮和塔罗肽是从链霉菌培养液中分离得到的一类天然磷酰糖肽。磷氨米酮作为嗜热菌蛋白酶等金属蛋白酶的抑制剂在生物和医学领域中得到广泛应用。由于分子中存在特殊的糖基-1-磷酰胺结构，天然磷酰糖肽的化学合成是一项非常具有挑战性的工作。本课题前期研究发现- - 通过改变反应条件可以控制糖基亚磷酰化产物的端位构型。本项目将阐明该反应的机理，优化构型控制条件，并在该研究的基础上建立一种通过氢亚磷酸二酯中间体的立体选择性合成方法，高效地完成磷氨米酮和塔罗肽的全合成。此外，对申请人前期报道的氢亚磷酸单酯法也将进行改进与优化，提高其实用价值。本课题还将进一步对磷氨米酮中糖基和磷酰胺片段进行结构变化，为两个系列共20余个新型类似物建立相应的高效合成方法。新型类似物的嗜热菌蛋白酶抑制活性评价将揭示糖基和磷酰基部分的构效关系，发现活性更好、性质更稳定的嗜热菌蛋白酶抑制剂，并推动金属蛋白酶抑制剂相关领域的研究。

天然磷酰糖肽—磷氨米酮和塔罗肽，是嗜热菌蛋白酶等多种金属蛋白酶的抑制剂，在生物和医学领域中有广泛应用。由于结构特殊，其化学合成是一项非常具有挑战性的工作。此外，对于其构效关系，结构改造等方面的研究也还很有限。本项目针对以上问题主要完成了以下几方面工作。1）首先，我们建立了通过糖基氢亚磷酸二酯中间体合成目标产物的新方法。研究中我们意外地发现通过改变反应条件可以控制糖基亚磷酰化产物的构型，并通过大量实验，阐明反应机理。在此基础上，我们高效地完成磷氨米酮和塔罗肽的全合成，并通过核磁共振波谱对其结构进行了详细指认。2）我们还对申请人前期报道的氢亚磷酸单酯方法中所采用的反应试剂和条件进行改进与优化，使其成为了一种天然磷酰糖肽的实用制备方法。3）本项目还为荧光金属蛋白酶底物FAGLA等呋喃丙烯酰肽类化合物建立了高效的合成方法，为磷氨米酮、塔罗肽及其类似物的酶抑制活性评价建立了一套酶活性测试体系，分别对抑制常数—Ki和解离常数—Kd进行了测定。测试结果证明了合成的天然磷酰糖肽与微生物来源样品具有相当的活性，并阐明了天然磷酰糖肽与嗜热菌蛋白酶作用的构效关系。4）在塔罗肽的合成研究中，我们还为6-脱氧-L-塔罗糖建立了一种5步的制备方法，最终通过重结晶的方法可以在10克级别制备高纯度的6-脱氧-L-塔罗糖。5）本项目使用2-氯-1,3,2-氧硫膦杂环戊烷与亮色二肽酰胺反应，同时原位硫氧化得到硫代中间体。随后在DBU作用下，与糖基片段反应开环得产物前体。最后，脱除保护基得到硫代磷氨米酮类似物。酶活性测试显示硫代磷氨米酮类似物是活性更好、性质更稳定的新型金属蛋白酶抑制剂。综上，本项目在国家自然科学基金的支持下共发表SCI论文14篇，中文核心期刊论文1篇，申请中国发明专利9项，其中已经授权4项，培养有机方向的硕士研究生5人，圆满地完成了研究计划书中的任务。