实验室中的意外发现：“水加速”聚脯氨酸合成，30秒完成反应 | NSR

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N-羧基环内酸酐（NCA）开环聚合制备聚氨基酸通常需要严格的无水条件，北京大学化学与分子工程学院吕华教授课题组却在研究中意外发现了反常的“水加速”现象，将原本需要在手套箱中进行的严格无水反应变成了在水相中实现的超快且可控的聚合。由此，可以快速出合成具有药用价值的蛋白质-聚脯氨酸偶联物。相关成果发表于《国家科学评论》（National Science Review, NSR）。

该团队最初的研究对象是脯氨酸N-羧基环内酸酐（ProNCA）的开环聚合反应。由于NCA本身见水分解，而聚脯氨酸在有机溶剂中的溶解度却很低，因此该反应受到溶剂因素制约，反应耗时长达一周，所得聚脯氨酸产物不仅分子量小，且分散度宽。

而新的方法仅仅将无水有机溶剂替换为水-乙腈混合溶剂，即可在最短30秒内完成聚合反应并获得聚合度为20的低聚物，5分钟内获得聚合度最高达到200的聚脯氨酸。由于聚合反应速度极快，远远超过了单体水解等副反应的速度，因而保证了聚合反应较高的可控性，具有端基明确、链式增长、分子量可预测、分散度窄、引发剂适用范围广等特点。

水加速的脯氨酸N-羧基环内酸酐聚合反应 

机理实验与密度泛函理论（DFT）计算共同表明，水在聚合过程中扮演了质子梭的角色，帮助了决速步的质子转移过程，从而将反应能垒降低了多达7.1 kcal/mol，加速了聚合反应进程。 

DFT计算显示，水的加入有效降低了反应能垒 

新反应方法条件温和、操作简便、易于提纯。基于这些优点，研究人员又以药物蛋白门冬酰胺酶为引发剂，合成了具有抗肿瘤功能的门冬酰胺酶-聚脯氨酸偶联物。吕华课题组与北京大学肿瘤医院宋玉琴教授团队合作，检验了该偶联物的药用效果，结果发现与野生型蛋白相比，合成产物的血液循环时间显著延长、提高了体内肿瘤杀伤疗效，并降低了药物的免疫原性，具有广阔的药用前景。这两支研究团队将继续合作，开展更为深入的临床前药物研究，力争使其造福包括急性淋巴白血病、NK/T细胞淋巴瘤等恶性肿瘤的患者。

此外，吕华教授还表示，脯氨酸是胶原蛋白中富含的氨基酸成分，而聚脯氨酸的PPII螺旋结构也类似胶原蛋白，未来合成聚脯氨酸及其共聚物还有望用于食品、医美、医疗器械等领域。

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