保护基与肽链长度对l-丙氨酸同聚肽水溶性的影响

《ACS Omega》：The Effect of Protecting Groups and Peptide Chain Length on the Aqueous Solubility of l-Alanine Homopeptides

　　

多肽溶解度是决定固相肽合成（SPPS）上游路线优化和下游结晶设计的关键理化参数。本研究采用重量法系统测定了278.15 K至313.15 K温度范围内带有Boc和Cbz N-端保护基的l-丙氨酸及其同源寡肽的水溶性。N-端保护的肽片段的水溶性比其未保护的对应物低90%，表明疏水性保护基显著抑制了水相溶解。值得注意的是，在298.15 K时，二丙氨酸的溶解度相对于丙氨酸提高了1.72倍，并且首次在三丙氨酸和四丙氨酸中观察到逆向溶解度行为。通过固态晶体堆积、热力学性质和分子相互作用的分析，对这些异常发现进行了严谨解释。采用修正的Apelblat方程对实验溶解度数据进行关联。补充进行了分子动力学（MD）模拟，以阐明分子内氢键网络。本研究首次提供了N-端保护肽片段的全面溶解度数据集，为保护基选择及下游结晶策略开发提供了物理化学见解。

肽类药物是由2–50个氨基酸组成的链状分子，兼具小分子与生物制品的部分优势，已成为现代药物的重要类别。固相肽合成（SPPS）是超过85%治疗性多肽的制造路线，但在偶联和脱保护过程中需大量有害溶剂清洗，产生显著废料，环境不可持续。为降低环境负荷，水相SPPS和新型亲水保护基研究已证实可行性。然而，反应体系中残留的未反应N-端保护氨基酸或短肽作为副产物，其理化性质长期被忽视，而这些杂质会增加粗产物疏水性和黏度，阻碍下游纯化。为满足药品纯度要求，工业上常采用制备色谱、冻干和沉淀，但存在溶剂消耗大或杂质去除差等局限。结晶作为可放大、低溶剂消耗的替代技术，其工艺设计依赖准确的溶解度数据。目前氨基酸和小分子的溶解度已有较完整数据库，但多肽溶解度数据缺乏，尤其N-端保护肽片段的溶解度从未被系统研究。因此，本研究选择最简单的非极性氨基酸丙氨酸及其同聚肽为模型，考察Boc和Cbz保护基与肽链长度对水溶性的影响。

研究人员采用重量法系统测定了8种化合物在278.15–313.15 K的水溶性，结合粉末X射线衍射（PXRD）表征、修正Apelblat方程关联和分子动力学（MD）模拟，首次报道了N-端保护肽片段的水溶性数据集。研究发现，链长增加和保护基引入均显著降低水溶性，但二丙氨酸（Ala-Ala）例外；首次观察到三丙氨酸（AAA）和四丙氨酸（AAAA）的逆向溶解度行为。该结果为上游SPPS中保护基