凝集素途径是补体系统的关键组成部分,有助于免疫系统识别和消除病原体[1]。其中,巨噬细胞甘露糖受体(MR,CD206)起着重要作用,它能结合微生物表面的特定糖基序列(如图1A中的高甘露糖葡聚糖),从而触发包括补体激活和吞噬作用在内的免疫反应级联。在此背景下,我们研究了巨噬细胞的激活以及对用简单α-丙基甘露吡喃糖苷标记的甘露糖化液滴的吞噬作用。
接下来,我们提出合成带有功能化氨基连接剂的较长α(1→2)寡甘露糖苷(图1B),使其能够通过脂质锚定剂附着在脂质液滴上。我们之前已经使用硫甘露糖苷作为糖基供体,从3-叠氮丙醇出发制备了这些寡甘露糖苷[4,5]。我们正在进行一项研究,旨在简化合成路线。该支撑物将与氮原子相连,并同时充当氮保护基团。
寡(1→2)-甘露糖苷的合成是一个成熟的过程,可以使用在C-2位置带有参与基团的合适3,4,6-三-O-苄基构建块高效实现,从而形成一种直接可靠的方法。最近的合成使用了经典的2-O-酰基-3,4,6-三-O-苄基氟化物[6]、S-甲苯基[7]或三氯乙酰亚胺[8]作为甘露糖供体。还成功应用了一种新的离去基团(炔基碳酸酯),通过金活化[9]或无金属方法I2、TMSOTf[10]来制备寡甘露糖苷。
Ramos[7]提出了一种通过炔基甘露糖苷的寡聚化和自糖基化形成寡糖的有效策略,该甘露糖苷在C-2位置带有自由羟基;Suwanwong[11]则通过邻酯裂解方法实现了这一过程。此外,Saccharomyces甘露聚糖的酰解可以快速获得二甘露糖苷和三甘露糖苷酯[7]。
文献中描述了氨基烷基α(1→2)-连接的寡甘露糖苷。这类连接剂通常被引入寡糖的还原端,以便进一步与蛋白质、表面或其他生物分子结合。大多数报道的合成方法使用2-O-酰基-3,4,6-三-O-苄基甘露吡喃糖苷供体与受保护的氨基醇受体结合(图2)。氨基团通过N-三氟乙酰、N-苄氧羰基、N-苄基或叠氮前体进行保护——Nifantiev在涉及2位置带有乙酰基或氯乙酰基的硫糖苷的糖基化反应中广泛使用了3-氨基丙醇作为保护基团[12,13],并在后续工作中引入了这些构建块[14,15,16]。三氟乙酰胺在碱性条件下可被裂解。其他研究使用了基于苄基的保护基团,例如Iino等人[17]使用了N-苄基N-苄氧羰基保护的3-氨基丙醇(图2b),N-苄基5-氨基戊醇与Cbz结合使用[18]。为了避免逐步寡糖组装过程中的正交性问题,还制备了寡甘露糖苷硫糖苷,并在最后一步与受体偶联(图2e, 2d)。另外,3-叠氮丙醇[4,5]和6-叠氮己醇[20]也被用作稳健且多功能的非糖部分,因为它们的叠氮基在糖基化和酯去保护条件下保持稳定。
Nicola Pohl的研究小组描述了在固体和液体支撑物上的两种合成方法:他们使用了氟标记物(图2i)[21],并结合了氟化相萃取。虽然这种方法有效,但需要深厚的氟化学专业知识。Peter Seebeger的研究小组[22]则使用了光不稳定的连接剂将寡糖连接到聚苯乙烯树脂上。
寡糖的多步骤合成涉及糖基化(偶联步骤)和去保护步骤的迭代序列。这个过程中最耗时的部分通常是去除生长中的寡糖链与反应副产物(如过量试剂、偶联剂和副产物)的纯化,通常通过硅胶色谱完成。由于产物重叠洗脱或大规模制备的挑战,这一步骤常常很困难。为了简化这一繁琐的纯化过程,已经开发了两种主要策略:
**在不可溶性支撑物上的合成**:在这种方法中,生长中的寡糖链共价连接到不可溶的聚苯乙烯珠子上。杂质留在溶液中,可以通过简单过滤轻松去除。这种由P. Seeberger及其同事开创并广泛发展的固相合成策略取得了显著成果,仍是自动化糖链合成的基石。
或者,使用带有标记的寡糖链在溶液中合成:
?溶解度调节剂,如咪唑鎓、PEG或氟化链——这些调节剂赋予生长中的分子独特的溶解度或萃取特性,使其能够从反应混合物中选择性分离(沉淀、液相分离等)。这些方法的详细概述可以在综述中找到[24]。
?反应性标签,实现两步“捕获-释放”协议。在这种策略中,生长中的链被标记上能与适当树脂选择性反应的官能团,从而通过简单过滤从其他化合物中分离出来。在第二步中,产物从树脂中释放。例如,3-氯-4-叠氮苯甲基标记的寡糖与膦官能化树脂反应,通过Staudinger反应选择性捕获叠氮化合物,随后通过DDQ介导的氧化释放寡糖[25]。类似地,携带丙醛酸酯的寡糖可以被羟胺树脂捕获[26],携带氯乙酰基的寡糖可以被硫醇树脂捕获[27]。在这些情况下,分离仅在合成结束时发生,而不是在链延长过程中。更复杂的方法依赖于炔基标记的寡糖与钴羰基Co2(CO)8树脂的临时配位[8]。这种捕获-释放策略的主要优点是可以在合成过程中应用;然而,它需要合适的炔基非糖部分。
最近,我们开发了一种无需特定标签的无标记策略。这种方法依赖于多元醇支架的多重糖基化(图3A,B),纯化基于使用Sephadex LH-20大小排阻色谱(SEC)根据分子量差异进行。Sephadex LH-20是通过羟丙基化Sephadex G-25获得的,它与多种有机溶剂兼容,具有与G-25相似的分子量排阻极限(大约4.000–5.000 Da),尽管这一极限可能因所用溶剂和树脂膨胀程度而略有不同[29]。
二醇核心在促进生长中的寡糖链分子量快速增加方面起着关键作用(图3C,使用3a计算),从而能够在Sephadex LH-20柱上实现高效分离。在这种系统中,较高分子量的中间体总是首先洗脱,而过量试剂和低分子量副产物则随后洗脱——无论它们的极性如何。因此,这一特性使得纯化变得简单。然而,LH-20的分离分辨率仍然有限;高效纯化需要所需产物与残留物质之间存在足够的分子量差异。二醇受体的二糖基化正是提供了这一优势,生成了分子量明显更高的产物,从而可以容易地与较小分子分离(图3C)。
与报道的溶液合成方法相比,该技术的主要优势在于其速度、短时间内可制备的数量、最终产品的可结合性(无需额外步骤)以及几乎所有溶液合成条件的兼容性。因此,我们建议将其用于氨基烷基α(1→2)寡甘露糖苷的合成。
为了将我们的自支撑策略扩展到α(1→2)-连接寡甘露糖苷的合成,我们设计了一个系统,使用酰胺连接剂将生长中的链锚定在支撑物上,并在甘露糖的C-2位置使用酯作为参与基团和临时保护基团。设想了一个双分支核心;使用基于“成熟原理”的二酰胺连接剂Z,即在酰胺键存在下可以选择性地实现酯水解。受体3a–e是由4-取代哌啶酰胺衍生的二醇(图4)。这种支架提供了一个对称且构象稳定的连接剂,同时生成了缺乏移动N-H质子的二级酰胺,从而最小化了通过不希望的酰胺O-糖基化形成糖基亚胺的风险。
供体2x–z是3,4,6-三-O-苄基甲基叔丁基苯基(MBP)硫糖苷,其中C-2位置带有酯基(RCOO–),既作为参与基团也作为临时保护基团(图5)。
我们早在2007年就开发了MBP硫醇作为糖基供体前体的用途[4,30,31]。这种试剂的主要优点是无气味、低毒性和优异的稳定性,使其成为传统硫醇的实用替代品。这种方法已在后续研究中得到采用,包括Nifantiev及其同事的最新工作[13]。