在过去二十年里，环状多肽在制药行业中受到了广泛关注，成为一种具有吸引力和多功能的药物形式。与线性多肽相比，环状多肽由于其几何限制，具有显著的结构刚性，同时保持一定的灵活性，使其能够采用多种稳定构象。环状多肽的中间尺寸使其具有与大型抗体相似的高结合亲和力，同时保持了传统小分子药物的合成可操作性。这些拟肽结构具有良好的口服生物利用度，并能够靶向细胞内外的蛋白质-蛋白质相互作用。这些独特的性质使得环状多肽具有显著的代谢稳定性、吸收能力、膜通透性和抗蛋白酶降解性。
除了自然界提供的20种氨基酸外，化学家和生物学家还通过引入非天然氨基酸（UAAs）大大扩展了可合成和筛选的设计多肽的范围。在过去十年中，包括默克的MK-0616 PCSK9抑制剂、Chugai的LUNA18 KRAS抑制剂和Ipsen的setmelanotide黑皮质素受体激动剂在内的各种包含广泛UAAs和环状连接的旗舰拟肽治疗药物已通过FDA临床试验。（图1A）这些复杂分子至少包含一个非天然苯丙氨酸残基，以及其他非规范特征，如N-烷基化、α-取代、扩展的烷基骨架和D-立体中心。这些非天然元素进一步提高了蛋白酶稳定性、结合力和构象支持。
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尽管非天然药物多肽的化学特性使其成为有用的治疗手段，但它们的合成却充满挑战。这些分子通常具有超越规范多肽键的单体连接，并且它们通常具有在天然多肽或商业可用氨基酸构件中未发现的独特立体化学。因此，近年来，开发将线性多肽前体转化为功能化环状结构的合成策略成为一个复兴的领域。（图1B）
本研究开发了一种基于Rh(III)催化羰胺化反应的环化方法，以实现非天然环状多肽的高效合成。（图2）该方法通过反应丙烯酰肽-二氧杂环酮前体和芳基硼酸来形成复杂的环状多肽，并同时引入非规范的α-氨基酸。作者提出的一种三组分的模块化接合策略，利用Rh(III)催化剂将丙烯酰胺、芳基硼酸和二氧杂环酮在化学和区域选择性条件下偶联，从而实现两个肽链的快速连接，并在连接点同时引入一个非天然氨基酸。
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作者设计了一系列复杂的肽二氧杂环酮，通过选择性修饰C末端羧基酸到亚硝基前体来实现。通过在同一线性多肽前体的N末端附加丙烯酰胺和C末端附加二氧杂环酮，可以在引入芳基硼酸的同时将末端连接起来，从而生成各种苯丙氨酸和酪氨酸残基。该方法提供了在宏环化策略中同时引入非规范α-氨基酸的独特优势。
研究的优化工作表明，通过调整催化剂或反应介质可以显著提高立体选择性和产率。最终，我们使用优化后的Rh(III)催化条件，合成了多个具有不同芳基硼酸和肽序列的环状多肽，展示了该方法的广泛适用性和高选择性。
这项研究展示了一种全新的Rh(III)催化羰胺化接合策略，用于非天然环状多肽的合成，显著提高了立体选择性，许多底物的选择性超过了20:1。为了实现这一目标，作者开发了一种显著提高收率的肽二氧杂环酮合成和纯化方法。这一反应是首个应用于大环肽结构合成的过渡金属催化羰胺化反应。
此外，作者团队首次展示了一种非典型的二氧杂环酮氨基酸Glu(Diox)，可以用于合成“蝌蚪肽”。该反应不仅适用于张力四元环状多肽，还适用于规模较大的15肽大环，同时能够兼容各种芳基硼酸，并提供了45种实例。作者还将该反应应用于多个环状拟肽衍生物的合成，证明了该方法在生成具有高立体化学控制的结构-活性关系库中的有效性。
这项研究的结果为制药和学术界在非天然氨基酸的引入方面提供了新的前景，进一步推动了药物设计和多肽合成方法的发展。
标题：Crafting Unnatural Peptide Macrocycles via Rh(III)-Catalyzed Carboamidation
作者：Christopher W. Lamartina, Cassandra A. Chartier, Jillian M. Hirano, Neel H. Shah*, and Tomislav Rovis*
链接：https://doi.org/10.1021/jacs.4c05248
