麻省理工學院的化學家首次在實驗室中生產出輪枝菌素 A。這種真菌分子在 50 多年前就被發現了，它作為抗癌劑的潛力引起了人們的關注。
由於其複雜的化學結構，輪枝菌素 A 很難製備。即使與密切相關的化合物相比也是如此。事實證明，合成更具挑戰性。儘管只有幾個不同的原子，
麻省理工學院化學教授穆罕默德·莫瓦薩吉 (Mohammad Movassaghi) 表示：“我們更加了解這些微妙的結構變化如何極大地增加合成的挑戰。” “現在我們擁有了一項技術，我們不僅可以在它被孤立 50 多年後首次使用它，而且還可以創建各種模式。這些模式已經被設計了很多，這可以實現更詳細的研究。”
在使用人類癌細胞的實驗室測試中，輪枝菌素 A 的一種衍生物在一種稱為瀰漫性中線神經膠質瘤的兒科腦癌中脫穎而出。研究人員強調，需要進一步測試來評估它是否在臨床上有用。
Movassaghi 和丹納法伯癌症研究所/波士頓兒童癌症和血液疾病中心以及哈佛醫學院的醫學副教授 Jun Qi 是該研究的資深作者。該論文的第一作者、Dana-Farber 的藥物化學家和化學生物學家 Xiuqi Wang 以及兒科神經腫瘤學項目的研究主任 Mariella Filbin 發表在《美國化學學會雜誌》上。達納法伯/波士頓兒童癌症和血液疾病中心也是一位作者。
為什麼這種真菌分子難以產生？
研究人員在 20 世紀 70 年代首次報導了從真菌中分離出輪枝菌素 A。真菌使用這種化合物來幫助保護自己免受病原體侵害。輪枝菌素 A 和類似的真菌分子已被研究其可能的抗癌和抗菌作用。但它們的複雜性使得它們難以合成。
2009年，Movassaghi的實驗室報告了(+)-11,11′-雙脫氧輪枝菌素A的合成，這是一種與輪枝菌素A密切相關的化合物。該分子有10個環和8個立體中心，即每個碳原子與四個不同的化學基團相連。這些基團相對於分子的其餘部分必須處於正確的或立體化學的位置。
即使在之前的成功之後，輪枝菌素 A 仍然觸手可及。輪枝菌素 A 和 (+)-11,11′-二脫氧輪枝菌素 A 之間的主要區別在於兩個氧原子，但這些添加會導致合成過程中分子行為的重要差異。
“這兩種類型的氧氣極大地限制了化學變化的機會，”莫瓦薩基說。 “它使化合物更加脆弱。而且它更加敏感。因此，儘管我們多年來在方法上取得了進步，但該化合物對我們來說仍然是一個挑戰。”
逐步複習化學
輪枝菌素分子的兩種版本均由兩個相同的半部分組成，必須將其連接到稱為二聚體的結構上。合成過程中 (+)-11,11′-雙脫氧輪枝菌素 A 此前已被該團隊在工藝接近尾聲時還原。然後形成四個重要的碳和硫鍵。
當他們嘗試使用與輪枝菌素 A 相同的序列時，它不起作用。在該過程後期添加碳硫鍵無法提供正確的立體化學。因此，團隊必須重新設計整個流程。
“我們了解到，事件發生的時機極其重要。我們需要改變事件的順序，以創造有意義的參與，”莫瓦薩吉說。
新的合成從一種稱為β-羥基色氨酸的氨基酸衍生物開始。從那裡開始，研究人員分階段構建結構。通過添加化學官能團（包括醇、酮和酰胺），同時仔細控制每個步驟的立體化學。
作為控制它的指導方針 該團隊在此過程的早期引入了具有兩個碳硫鍵和一個二硫鍵的基團。這是因為二硫化物很敏感。因此，需要通過將其轉換為受保護的硫化物對來“隱藏”它。這是為了防止結構在後續反應中倒塌。二聚化後，含二硫鍵的基團被恢復。
“就我們組裝的前體的複雜性而言，這種特殊的尺寸減小是顯著的，”莫瓦薩吉說。它具有如此密集的官能團和立體化學。 ”
總體而言，該路線從起始材料 β-羥基色氨酸開始需要 16 個步驟。輪枝菌素 A
瀰漫性中線膠質瘤的初步測試
最後，利用輪枝菌素 A，研究人員能夠改進創建衍生物的方法。 Dana-Farber 的團隊在幾種類型的 DMG 上測試了這些分子，DMG 是一種治療選擇有限的罕見腦腫瘤。
最嚴重的影響發生在產生高水平 EZHIP 蛋白質的 DMG 細胞中。 EZHIP 影響 DNA 甲基化，之前被確定為造成損害的潛在藥物靶點。
“確定這些化合物的潛在靶點將在理解其作用機制方面發揮關鍵作用。更重要的是，這將有助於優化 Movassaghi 實驗室的化合物，使其成為開發新療法的更具體的靶點，”Qi 說。
輪枝菌素衍生物似乎以增加 DNA 甲基化的方式影響 EZHIP，從而驅動癌細胞進入程序性細胞死亡。這些實驗中最有效的分子是N-磺酰化(+)-11,11′-雙脫氧輪枝菌素A和N-磺酰化輪枝菌素A。 N-磺酰化是添加由硫和氧組成的官能團。它將增加分子的穩定性。
“天然產品並不是最有效的。但正是天然產品的合成使我們能夠製造這些衍生物並研究它們，”Movassaghi 說。
接下來，丹娜—法伯癌症研究所的研究人員計劃進一步確認輪枝菌素衍生物的作用原理。他們希望在小兒腦癌動物模型中測試這種化合物。
“天然化合物是藥物發現的寶貴資源。我們將全面評估這些分子的治療潛力。通過整合我們在化學、化學生物學、癌症生物學和患者護理方面的專業知識，我們還在 800 多種癌細胞系中分析了我們的先導分子，並將能夠更廣泛地了解它們在其他類型癌症中的功能，”Qi 說。
該研究由美國國家普通醫學科學研究所、室管膜瘤研究基金會和治愈兒童癌症基金會資助。
