巯基团向透明质酸寡聚体的非还原性末端添加——合成过程、分析结果、稳定性以及出人意料的立体选择性

《Carbohydrate Polymers》：Thiol addition to hyaluronic acid oligomer non-reducing terminus-synthesis, analysis, stability, and unexpected stereoselectivity

通过硫醇修饰非还原末端制备了具有特定糖异构体组成的透明质酸寡糖链共轭物，证实酯化结构可有效参与迈克尔加成反应而酰胺结构不可反应。光诱导自由基反应可选择性生成D-半乳糖异构体。修饰产物在细胞培养中无毒性且硫桥对水解酶具有抗性。

　　这项研究探讨了如何通过特定的化学修饰来增强透明质酸（HA）的性能，特别是针对HA寡糖的非还原末端进行修饰。透明质酸是一种线性、非硫酸化的糖胺聚糖，主要由β-D-葡萄糖醛酸（GlcA）和β-D-N-乙酰葡萄糖胺（GlcNAc）通过β 1→3和β 1→4糖苷键连接而成。其化学结构的修改对于提升其在生物医学应用中的性能至关重要，例如改善溶解性、提高酶稳定性、增强交联能力等。此外，HA的生物活性也与其分子量密切相关，寡糖相较于长链具有相反的作用效果。

目前，针对HA寡糖的非还原末端进行修饰的方法仍然较为有限，主要原因在于选择性修饰该位置的羟基存在一定的挑战。这通常可以通过使用保护基或酶促转糖基化等方法来解决，或者通过使用另一种具有非还原末端的底物，即不饱和HA寡糖（ΔHA）来进行反应。在本研究中，科学家们利用不饱和HA寡糖作为底物，通过化学方法将其末端进行修饰，从而实现对HA-寡糖的进一步功能化。

研究中采用了两种主要的化学反应路径：一种是离子型的硫醇-迈克尔加成反应，另一种是光诱导的自由基（硫醇-烯）加成反应。通过这两种方法，科学家们能够将不同的硫醇基团连接到HA寡糖的非还原末端，同时保持其还原末端的天然结构。这为合成具有特定硫桥结构的HA寡糖提供了新的可能性，并且这些硫桥结构在酶促水解和裂解过程中表现出较高的稳定性。

在离子型硫醇-迈克尔加成反应中，科学家们发现酯化的ΔHA寡糖能够有效地作为反应受体，而酰胺化的ΔHA则表现出较低的反应活性。这表明酯化反应在温和条件下更容易进行，而酰胺化反应则可能受到其他因素的影响。通过改变硫醇的结构，科学家们能够得到不同的产物，包括L-艾杜糖、D-半乳糖以及意想不到的D-葡萄糖异构体。这些结果为合成具有不同功能的HA-寡糖提供了新的思路。

另一方面，光诱导的自由基（硫醇-烯）加成反应则表现出不同的特性。科学家们发现，这种反应在较低温度下进行，能够快速有效地将硫醇连接到HA寡糖的非还原末端，且产物仅包含D-半乳糖。这表明自由基反应在合成具有特定硫桥结构的HA寡糖方面具有更高的选择性和效率。此外，这些硫桥结构在酶促水解过程中表现出较高的稳定性，但在某些裂解条件下可能仍会被分解。

在本研究中，科学家们还测试了多种硫醇的添加效果，并评估了这些化合物对多种细胞的细胞毒性。结果表明，八种选定的化合物对3T3、NHDF、HaCaT和HT-29细胞均未表现出明显的细胞毒性。这表明这些新型的HA-寡糖-硫醇共价结合物在生物医学应用中具有良好的安全性和兼容性。

此外，研究还指出，HA寡糖的合成过程中，最困难的部分是处理葡萄糖醛酸（GlcA）。由于GlcA的糖基化反应产率较低，且在糖基化后进行氧化反应较为困难，这使得传统的HA寡糖合成方法复杂且成本较高。而通过使用不饱和HA寡糖，科学家们能够更有效地进行修饰，从而简化合成过程。

研究团队采用了一种新的策略，即通过酶促反应对HA寡糖的非还原末端进行修饰。这种方法可以利用酶（如HA合成酶HAS）催化糖基化反应，同时保持非还原末端的结构特征。通过这种方式，科学家们能够合成具有特定硫桥结构的HA寡糖，并且这些硫桥结构在酶促水解过程中表现出较高的稳定性。

总的来说，这项研究为HA寡糖的非还原末端修饰提供了新的方法和思路，不仅拓展了HA在生物医学领域的应用潜力，还为合成具有特定功能的HA-寡糖-硫醇共价结合物提供了理论依据和技术支持。这些成果有望在药物输送、组织工程和生物材料等领域产生广泛的影响。