Chem. Eur. J. ：快速解析新型海洋来源环肽streptnatamide A的化学结构

天然来源环肽及其衍生物，拥有多样的化学结构和广泛的生物活性。环肽在生物体内表现出良好的稳定性、高度的选择性和亲和力，能够针对多种疾病目标发挥作用，因此被广泛视为新型药物研发的重要来源。随着mRNA显示技术的发展，环肽正逐渐引起制药业的广泛关注。一些经过结构修饰的环肽，如PCSK9抑制剂等，已经进入临床前或临床开发阶段。通过修饰，如N-甲基化、D-氨基酸的插入、杂环化、交联、非典型氨基酸的插入等，可以优化环肽的药物特性，使其成为更佳的药物候选物。然而，这些修饰也增加了环肽结构解析的复杂性，为环肽药物开发过程中的结构解析环节带来了挑战。近日，在前期多项研究结果的启发下(J. Am. Chem. Soc. 2023, 145, 58–69.; Org. Lett. 2019, 21, 6275–6279.; J. Nat. Prod. 2021, 84, 136–141.)，威斯康星麦迪逊分校(University of Wisconsin–Madison)药学院Tim S. Bugni教授与默沙东公司(MSD)分析研究开发部晏佳譞博士作为共同通讯作者，在国际著名化学核心刊物Chemistry-A European Journal杂志发表了题为Rapid Unambiguous Structure Elucidation of Streptnatamide A, a New Cyclic Peptide Isolated from A Marine-derived Streptomyces sp.的研究论文。

研究团队通过开发及优化肽类化合物的挖掘平台，继续从海洋源细菌中寻找新型活性肽类化合物。其中，一株源自海绵的共生链霉菌Streptomyces sp. WMMB-303被发现能够大量产生一个肽类化合物streptnatamide A。作者们首先通过基于超高分辨率质谱的同位素精准结构分析(Isotopic Fine Structure, IFS)，成功确定这个分子量大于1300Da的环肽独特分子式（图1）。

图1

随后，利用串联多级质谱分析和二维核磁共振分析（图2a），迅速推导了streptnatamide A的结构。然而，在使用MS/MS质谱对环肽结构进行解析过程中，由于缺乏氨基末端或羧基末端，该类化合物的质谱断裂模式较为复杂。因此，作者采用了一种默克公司新开发的软件辅助工作流程，进行多级串联质谱数据分析，并通过与实验数据的对比，最终验证了推测结构的准确性（图2b）。所有氨基酸（包括非天然氨基酸）的绝对构型通过使用Marfey’s Analysis进行确定。环肽在氘代盐酸/氘水体系下进行水解以规避在强酸性体系下氨基酸差向异构化的影响。同时，通过分析菌株WMMB-303的生物合成基因组，最终揭示了该环肽可能的生源合成途径（图3）。这项研究不仅是学术界与产业界的成功合作，更为快速环肽结构解析开辟了新途径，为今后生物活性环肽的研究与开发提供了有力支持。

总之，本研究成功快速解析了新型海洋环肽streptnatamide A的三维立体结构。通过多种先进技术的应用，迅速明确了其分子结构，并探究了其可能的生物合成途径。本文中采用的分析化学技术均为工业界进行环肽结构解析的标准，并且可以适应当前充满挑战性的环肽快速结构解析需求。

图2

图3

论文信息

Rapid Unambiguous Structure Elucidation of Streptnatamide A, a New Cyclic Peptide Isolated from A Marine-derived Streptomyces sp

Dr. Jia-Xuan Yan, Dr. Qihao Wu, Dr. Mitasree Maity, Doug R. Braun, Imraan Alas, Dr. Xiao Wang, Xing Yin, Dr. Yanlong Zhu, Bailey A. Bell, Dr. Scott R. Rajski, Prof. Dr. Ying Ge, Dr. Douglas D. Richardson, Dr. Wendy Zhong, Prof. Dr. Tim S. Bugni

现默沙东公司（MSD）分析研究开发部晏佳譞博士与耶鲁大学化学系博士后吴祺豪博士为本文的主要贡献者。威斯康星麦迪逊分校Ying Ge教授团队，默沙东公司分析研究开发部等合作者也对本研究做出了重要的贡献。Tim S. Bugni 教授及其团队的研究兴趣涵盖海洋天然产物化学、共生微生物、药物发现、代谢组学，以及利用NMR和MS技术来阐明新型天然产物的结构。该项工作得到美国NIH多个基金项目及多威斯康星麦迪逊分校多个公共仪器平台(Analytical Instrumentation Center及National Magnetic Resonance Facility at Madison)的支持。

Chemistry – A European Journal

DOI: 10.1002/chem.202301813