JACS | 西湖大学党波波团队利用铜-有机硼协同新策略，攻克天冬氨酸侧链选择性活化难题

2026年8月6日，西湖大学生命科学学院/西湖实验室党波波团队在《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society）发表题为"Synergistic Copper-organoboron Activation of Aspartic Acid Enabled Peptide Cyclization and Conjugation"的研究论文。该研究首次开发了一种铜/有机硼协同活化体系，可在温和水相条件下实现天冬氨酸（Asp）侧链的直接、选择性活化，突破了长期以来天冬氨酸β-羧基难以作为反应手柄使用的瓶颈，为多肽和蛋白质工程提供了全新的化学工具。

论文截图

文章链接：https://doi.org/10.1021/jacs.6c09712

天冬氨酸是蛋白质与多肽中广泛存在的氨基酸，但其β-羧基因反应活性低、易发生天冬酰亚胺副反应、且难以与谷氨酸侧链及C端羧基区分，长期以来难以作为选择性修饰的靶点。现有的天冬氨酸侧链活化方法多依赖保护基策略并在有机相中进行，限制了其在生物相关多肽和蛋白质中的应用。针对这一挑战，研究团队创新性地将有机硼试剂与铜离子相结合，利用二者对天冬氨酸-组氨酸（Asp-His）基序的协同识别与活化作用，在近中性水相条件下实现了对天冬氨酸β-羧基的高效、选择性激活（图1）。

图1. 铜/有机硼协同活化策略示意图

该协同活化体系展现出双模态功能。一方面，含有天冬氨酸-组氨酸基序和赖氨酸的线性多肽可在分子内发生选择性缩合，形成赖氨酸-天冬氨酸异肽键，高效构建14至38元环的环肽分子，环化产率普遍达到55%-90%。研究团队成功合成了多种具有生物活性的环肽，包括血管紧张素转换酶（ACE）抑制肽、抗氧化肽、二肽基肽酶-IV（DPP-IV）抑制肽，以及具有整合素结合活性的环状RGD肽——后者表现出0.12µM的强效抑制活性，而线性RGD对照肽未检测到任何抑制活性。该方法还拓展至双环肽的构建，通过与N端氯乙酸-半胱氨酸环化正交联用，合成了具有约束性双环结构的Grb7-SH2结构域抑制剂和人血浆激肽释放酶抑制剂（图2）。

图2. 铜/有机硼协同体系用于环肽合成

另一方面，在缺乏分子内赖氨酸亲核试剂的情况下，活化后的天冬氨酸可作为亲电手柄，与外加胺类亲核试剂发生位点特异性分子间偶联。通过系统的序列优化，研究团队鉴定出高效八肽标签-DAGGDHLP-，该标签可与苄胺（92%）、苯胺（75%）、叠氮或炔基功能化的烷基胺（82%和85%）等多种胺类高效偶联。该策略成功应用于一条37残基合成多肽的位点特异性修饰，在含有四个天冬氨酸残基的长链多肽上实现了约75%的目标偶联产率，验证了其在复杂多肽体系中的优异选择性（图3）。

图3. 基于-DAGGDHLP-标签的位点特异性肽段偶联及卷曲螺旋模板化蛋白质连接

在蛋白质工程层面，研究团队将该方法拓展至两个重要应用场景。其一，将含有天冬氨酸-组氨酸基序的短标签引入从头设计的四螺旋束蛋白ABLE的C末端，成功实现了该蛋白的首尾环化（产率50%），环化产物经圆二色谱验证保持了其特征性α-螺旋结构。其二，研究团队设计了"卷曲螺旋模板化连接"策略——通过将异源二聚卷曲螺旋分别融合至两种目标蛋白的末端，利用卷曲螺旋的特异性非共价组装将反应中心（一个蛋白上的赖氨酸与另一个蛋白上的天冬氨酸-组氨酸基序）空间拉近，在铜/有机硼协同作用下高效驱动异肽键形成。利用这一策略，团队成功将靶向HER2的亲和体（ZHER2）与靶向CD3的纳米抗体共价连接，构建出双特异性T细胞衔接器，连接产率达70%（图3）。

该研究首次实现了在水相条件下对天冬氨酸侧链的直接、选择性活化，解决了多肽化学领域长期存在的天冬氨酸选择性修饰难题。所建立的协同活化体系操作简便、无需酶催化或有机溶剂，与所有天然氨基酸兼容，为环肽药物开发、蛋白质工程及双特异性抗体构建提供了全新的技术路径。该工作拓展了人们对氨基酸侧链化学修饰的认知边界，具有重要的科学价值与转化前景。

西湖大学雷英杰、赵恺、郭梦准为论文共同第一作者，党波波教授为通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、浙江省"尖兵领雁"研发攻关计划、西湖实验室、西湖大学未来产业研究中心及西湖教育基金会的资助。

来源：西湖大学生命科学学院