文章题目：Chemoenzymatic synthesis of sulfur-linked sugar polymers as heparanase inhibitors

发表期刊 : Nature Communications

影响因子 : 17.694（2021）

通讯单位 : 伦斯勒理工学院； 俄克拉荷马大学

        硫代糖苷，由于具有相比于天然糖苷低得多的酸催化和酶促降解速率，使其成为糖苷酶抑制剂的良好候选化合物。例如，异丙基硫代半乳糖苷（IPTG）是不可水解的乳糖操纵子转录诱导剂，已经广泛应用于重组蛋白的表达。S糖苷键和O糖苷键的长度和角度不同，能够在糖单元之间提供高度的灵活性，使硫代糖苷化合物在与蛋白质相互作用时，可以很容易地改变其构象，使其更好地适应催化部位。目前，已经开发了各种化学和酶学方法来合成简单的硫代糖苷。其中，C6位硫酸化的硫酸肝素的二糖类似物GlcA-S-GlcNAc，表现出较优越的肝素酶抑制活性。在这篇文章中，作者通过化学法成功合成了UDP-4-SH-GlcNAc，并将其作为糖基供体用于制备非还原性末端具有4-SH-GlcNAc的肝素类似物，除此之外，这些具有4-SH-GlcNAc末端的肝素类似物可继续作为酶促反应的糖基受体，用于构建含有非天然硫代糖苷键的肝素类似物。

Figure 1. Chemical synthesis of the unnatural donor, UDP-4-SH-GlcNAc 12.

        全乙酰GlcNAc经过正交脱保护以及C4位的构型翻转，获得了全保护的中间体8，用氢气脱出Bn，然后经过三步反应得到受保护的中间体10。继续进行保护脱除后，用氧气处理，得到二硫化的衍生物11，它比UDP-4-SH-GlcNAc 12更稳定，更容易纯化。将衍生物11使用还原剂二硫苏糖醇（DTT）打开二硫键，从而得到相应的供体UDP-4-SH-GlcNAc 12。获得可用于酶促糖基化的UDP-4-SH-GlcNAc 12后，作者通过MALDI-TOF质谱分析糖基转移酶能否有效识别12，从而构建S糖苷键连接的肝素衍生物。结果显示，中间体12可被有效转移至受体的非还原末端，获得具有4-SH-GlcNAc的寡糖产物；进一步研究发现，具有4-SH-GlcNAc末端的肝素类似物可继续作为酶促反应的糖基受体，从而构建含有GlcA-S-GlcNAc重复单元的肝素类似物（Table 1）。

Table 1. Mass spectral analysis of native and thio-linker hemi-A heparosan.

        硫酸化修饰，特别是C6的硫酸根基团对肝素酶的识别似乎非常重要，因此对酶促合成的含有S糖苷键的肝素类似物进行了不同形式的硫酸化修斯。含有6-O-sulfo和2-O-sulfo的4-硫代肝素类似物是在碱性水溶液中，使用三氧化硫·三甲基胺对底物进行化学硫酸化制备的；与此同时，含有6-O-sulfo和NS的4-硫代肝素类似物通过两种磺基转移酶NDST和6-OST介导的两步酶促过程制备的（Figure 2）。

Figure 2. Synthesis of sulfo-4-thio-HS analogs.

        接下来，作者进一步研究了制备的不同硫酸化4-硫代肝素类似物对人源肝素酶的抑制作用。研究发现，重组人肝素酶只降解硫酸化O-连接的肝素和天然HS，但不裂解硫酸化4-硫代肝素类似物（Figure 3b）。此外，硫酸化4-硫代肝素类似物能够有效抑制肝素酶对O-连接底物的消化（Figure 3c），并保护天然HS不被人类肝素酶消化，从而证明硫酸化4-硫代肝素类似物作为一种竞争性肝素酶抑制剂，具有潜在的肿瘤治疗价值。

Figure 3. O-sulfo-S-linked heparosan analog enzyme challenges and inhibition.

总结：

本文介绍了一种化学酶法制备S-连接的肝素类似物的方法，通过该方法制备肝素类似物相比于相似结构的O-连接的肝素化合物，其肝素酶抑制活性提高了200-300倍。但是，UDP-4-SH-GlcNAc毕竟不是糖基转移酶的天然底物，反应效率较低，作者虽通过扩大反应体系、使用重组的嵌合合成酶、对多种反应条件进行优化，以提高产率，但产率仅略微提高。因此，未来可能需要构建更高效的工程化合成酶，以实现产业化的需求。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-34788-3

作者：汪浩

审核：李全才，吕友晶

编辑：邵萌

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