Angew. Chem. ：含64个肝素四糖的化合物库的构建

肝素是哺乳动物细胞表面和细胞间充质广泛存在的一类糖胺聚糖分子，具有调控凝血、细胞分化、炎症反应、神经变性、肿瘤转移、病毒感染等多方面的生物活性。然而，由于肝素结构的高度复杂性（糖链长度、糖醛酸结构、磺酸化位点及数量等），其功能受到结构的影响非常巨大。

为了更好地研究肝素-蛋白之间的相互作用，获得具有明确结构的肝素分子显得尤为必要。由于结构的复杂与异质性，直接从天然产物获得足够量的纯肝素分子极具挑战，在过去的二十年时间里，大量的方法被应用于具有特定结构的肝素寡糖分子的合成研究。为了更全面地研究肝素的构效关系，构建包含多个肝素分子的化合物库具有重要意义。

构建肝素化合物库的挑战在于要考虑糖链骨架的长度以及繁多的磺酸化位点（氨基葡萄糖N-、3-O、6-O以及葡糖醛酸和艾杜糖醛酸2-O等位置）。美国密西根州立大学黄雪飞教授实验室基于正交保护原理设计了一种新的发散式合成策略，以氨基葡萄糖(GlcN)-葡糖醛酸(GlcA)-氨基葡萄(GlcN)-艾杜糖醛酸（IdoA）四糖为核心骨架，对该四糖的六个关键位点分别用不同的保护基进行正交保护/脱保护和磺酸化，快速、高效地合成了一个具有64个肝素四糖分子的化合物库。

（R¹、R⁴ = Ac or SO₃^-、R²、R³、R⁵、R⁶ = H or SO₃^-）

构建该化合物库所需的核心四糖中间体（GlcN-GlcA-GlcN-IdoA）由对应的单糖供体和受体进行多步组装而形成，其关键位点的保护基经过严密的筛选和优化，分别由-TBDPS、-N₃、-Fmoc、-Nap、-TFA、-Lev构成。这六个保护基分别可以在不同的条件下进行选择性地脱除并进一步选择性实现磺酸化。该过程不对其他基团造成影响，且每一步的产率均很高，因此可以快速、有效地合成一系列的衍生物（2⁶个）。该方法将合成化合物库所需的反应步数减少了50%，极大地提高了总合成效率。

作者系统地研究了化合物库里的64个肝素四糖分子与成纤维细胞生长因子-2（FGF-2）相互作用的构效关系。研究发现，还原端D糖环2-O-磺酸化和C糖环N-磺酸化对肝素四糖与FGF-2的结合起到了关键作用，而C糖环上6-OH是否磺酸化对结合的影响不大。对于整个四糖分子，当磺酸化位点少于3个时，与FGF-2的结合能力较弱；多于3个时，磺酸化的精确位点（而非数目）对结合能力非常重要，揭示了肝素与FGF-2的结合更依赖于特异性位点的电荷相互作用，而非通过电荷的累积和非特异性的静电效应。

作者进一步研究了这64个肝素四糖分子与血小板因子-4(PF-4)相互作用的构效关系。研究发现，PF-4更加偏向于与高度磺酸化的肝素分子相结合（至少有四个位点磺酸化且A糖环2-O-磺酸化）；当磺酸化数目相同时，磺酸化的位点也会对结合能力产生很大影响（C糖环6-O磺酸化比2-N磺酸化重要）。

通过化合物库的构建以及与FGF-2、PF-4结合的构效关系研究，作者为快速合成小分子肝素衍生物提供了一种简便地方法，并筛选出了多个与FGF-2结合强且与PF-4结合弱的肝素四糖分子，对于规避肝素诱导的可致命的血小板减少症具有重要的指导意义，也为进一步的药物研发提供了思路。

论文信息

Synthesis of a Systemic 64 Membered Heparan Sulfate Tetrasaccharide Library

Kedar Baryal, Sherif Ramadan, Guowei Su, Chang-xin Huo, Yuetao Zhao, Jian Liu, Linda Hsieh-wilson, Xuefei Huang

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202211985

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Angewandte Chemie International Edition

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