蛋白质是由一个或者多个氨基酸链（多肽）组成的生物大分子，它在细胞生命活动中扮演重要的角色，包括催化生物代谢过程，参与细胞免疫活动，信号传导，以及组成生命体所必需的组织和器官等。对蛋白质进行定点修饰能够调整蛋白质的结构和功能，进而实现对细胞生物活动的调控。近年来，精准修饰蛋白质的技术已在生物医药领域获得了广泛的应用，包括生物体内或细胞内标记靶标蛋白质以及构建抗体-药物偶联药物（Antibody-Drug Conjugate, ADC）等。在 20 种典型的氨基酸中，半胱氨酸因其低丰度和强亲核性而成为位点特异性蛋白质修饰的首选残基。尽管已经有多种半胱氨酸靶向试剂得到开发，但现有的试剂和方法依然面临多种局限性，包括缓慢的动力学过程，高浓度的反应试剂，以及不稳定的生物共轭产物。

近日，波士顿学院高建民课题组报道了一种新型的氯肟（chlorooxime）介导的天然多肽和蛋白质化学修饰技术（图1，a）。他们设计的一系列氯肟化合物，在生理条件下（PBS缓冲液，中性 pH 值，室温）,可作为半胱氨酸（cysteine）特异性修饰的高效试剂。氯肟可在水的促进下，原位形成氧化腈活性物种，随后与巯基反应生成硫代肟共轭产物。在模型反应中，该方法在微摩尔浓度的标记试剂下3分钟内即可完成谷胱甘肽（GSH）巯基的修饰，体现出快速的反应动力学（表观二级反应速率常速 k₂ = 306 ± 4 M^-1s^-1），与迄今为止已知的最快的半胱氨酸共轭反应速率相当（图1，b-c）。氯肟共轭反应对半胱氨酸具有很好的选择性，并且该共轭产物对酸、碱和外部硫醇亲核试剂均具有高稳定性（图1，d）。

该氯肟-半胱氨酸共轭技术能够顺利地对含有多种氨基酸残基的多肽进行标记和修饰（图2，a）。有趣的是，该氯肟试剂对含有氮末端半胱氨酸的多肽进行修饰时，可以得到噻唑啉类结构产物（图2，b）。此外，该团队还设计合成了一类双氯肟试剂FC2，进行天然多肽的半胱氨酸-半胱氨酸装订（Cys-Cys stapling），实现了端基-侧链（tail-to-side chain）和侧链-侧链（side chain-to-side chain）两类大环多肽的合成。该方法也被成功应用于蛋白质的精准定点修饰中，作者用TEV 蛋白酶以及M13噬菌体的pIII外壳蛋白做了精彩展示（图2，d）。

该方法另一个吸引人的应用是创建化学修饰的噬菌体展示文库（图3）。噬菌体展示技术是构建和高通量筛选多肽化合物库的强大技术，通常用于发现抗体与抗原或蛋白质与蛋白质之间高亲和的相互作用。但现有的噬菌体文库大多局限于天然的多肽库。为了充分发挥非天然肽库的噬菌体展示的潜力，该团队设计了含有氧化生物素的双氯肟试剂，利用链霉亲和素下拉实验（Streptavidin pull-down assay），展示了该方法对 M13 噬菌体多肽库高效修饰，从而构建新型大环非天然肽库的能力和前景。

这项研究工作展现了有机化学和生物技术的完美集合，相信这种高效的化学方法将在化学生物学研究以及蛋白质工程中获得广泛的应用。

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