近年来，GLP-1（胰高血糖素样肽-1）类药物在2型糖尿病和减重治疗中的应用不断扩展，引发了学术界与工业界的广泛关注。其中，司美格鲁肽（Semaglutide）作为当前最受欢迎的GLP-1类似物之一，其高效、长效的临床表现，使其迅速成为焦点。但在其全合成过程中，科研人员遇到的一道难关便是肽链中的“困难序列”问题。这些序列不仅合成难度大，还严重影响收率与纯度，是限制其高效工业化生产的技术瓶颈。
本文将深入剖析“困难序列”的成因与挑战，并介绍铭研医药目前针对司美格鲁肽中“困难序列”的关键技术突破，揭示其背后的科学逻辑与工艺智慧。
何为“困难序列”？
在多肽合成领域，“困难序列”是一个专业术语，通常指的是一类由多个疏水性强、结构复杂的氨基酸组成的短肽片段。这些氨基酸主要包括β-分支氨基酸，如亮氨酸（Leu）、缬氨酸（Val）、异亮氨酸（Ile）和苯丙氨酸（Phe）。此外，甘氨酸（Gly）虽然结构简单，但其高自由度的骨架可以诱导肽链形成稳定的二级结构，如β-折叠或α-螺旋。
这些氨基酸在肽链中往往会造成以下几个问题：
1.二级结构形成倾向强：肽链在合成过程中会过早形成稳定的二级结构，使得后续的缩合反应受到空间阻碍。
2.溶解性差：疏水性氨基酸容易聚集，降低在有机或水性溶剂中的溶解度，增加合成中聚集体的形成。
3.空间位阻大：β-分支氨基酸由于支链结构复杂，缩合反应时存在较大空间位阻，降低缩合效率。因此，在多肽全合成过程中，“困难序列”的存在会显著降低合成收率、提高杂质水平，增加后续纯化成本。
图1：司美格鲁肽肽链在与GLP-1受体外部结构域结合时的晶体结构示意图。肽链以灰色表示，氨基酸残基以棒状图示，其中氮原子为蓝色，氧原子为红色
司美格鲁肽中的“困难序列”
司美格鲁肽的化学合成（通常采用固相合成法，SPPS）在以下位置面临严峻挑战：
1.疏水核心区的聚集问题
●14位Leu、26位Leu、22位Phe、23位Ile、27位Val等氨基酸的集中分布，使得肽链中段（14-27位）成为疏水聚集区。
●这些氨基酸与附近的丙氨酸（Ala）相互作用，促进β-折叠形成，导致肽链在树脂上发生不可逆聚集，后续氨基酸难以偶联。
2.空间位阻影响缩合效率
●在固相合成中，肽链逐步延长，但β-分支氨基酸（如Ile、Val）的侧链会阻碍新氨基酸的接入，尤其是23位Ile-24位Ala的缩合步骤，常出现低效或失败的情况。
●传统缩合试剂（如HBTU/HOBt）可能无法克服这种位阻，导致副产物增多。
3.溶解性问题限制纯化
●疏水肽段在常规溶剂（如DMF、NMP）中溶解度低，影响高效液相色谱（HPLC）纯化，导致收率下降。
技术突破 一
针对“困难序列”的主要合成障碍之一——链内折叠结构的形成，铭研医药的科研团队从反应介质的物理性质出发，尝试通过改变固相合成所用树脂和溶剂的极性组合来打破这一结构平衡。
1.高极性树脂的选用
使用亲水性较强的树脂（如PEGylated树脂）可以有效提高肽链的可溶性，降低疏水性残基间的聚集倾向。与传统的聚苯乙烯（PS）树脂相比，PEG类树脂提供了更大的空间自由度和更高的溶剂兼容性，有助于保持肽链的展开状态。
2.极性溶剂体系的优化
在缩合步骤中，引入DMF、NMP等极性溶剂，可以提高疏水氨基酸的分散性，防止局部浓度过高而诱导聚集。同时，在某些步骤中还会加入少量DMSO或溶有低浓度尿素的溶剂来进一步抑制β-折叠结构的形成。
这一策略从环境控制层面干预肽链结构的形成，从而提升“困难序列”的合成顺利度。
技术突破 二
除了改善溶剂环境，铭研医药的科研人员还探索通过结构干预策略——引入新型氨基酸保护基团来对肽链进行“化学程控”。
1.临时结构阻断保护基
在合成过程中，部分β-分支氨基酸被修饰为结构干扰型保护基团，例如通过引入对二级结构有阻碍作用的保护基（如O-allyl，O-DMB等）。这些保护基在合成早期稳定肽链的线性构型，阻止其形成空间折叠结构。
2.后期去保护设计这种保护基团在合成接近尾端时统一去除，不影响最终产物结构，同时在合成过程中充当“结构调节器”的角色，极大地提升了缩合反应的成功率。
这类策略虽然在工艺设计上较为复杂，但在解决“困难序列”这一根本性问题上展现了良好的适配性和效果，已在多个工业化平台上获得验证。
工艺细节到产业价值
突破“困难序列”的技术，不仅代表了多肽合成技术的一次进步，更直接关系到司美格鲁肽的合成成本、批次一致性和工业放大效率。
●收率提高：优化后合成序列的收率可提高10%以上。
●纯度提升：杂质控制更为稳定，便于后续纯化与质量控制。
●成本控制：减少因失败缩合导致的原料浪费，提高工艺经济性。同时，这一类技术的推广应用，为更多GLP-1类似物、多肽疫苗和肽类药物的开发提供了范式指导。
结 语
“困难序列”曾是困扰多肽合成领域多年的技术壁垒。而铭研医药的司美格鲁肽的合成工艺通过调整树脂/溶剂极性与采用结构干预型保护基团，成功打破这一壁垒，不仅为其商业化生产奠定了基础，也为整个肽类药物领域提供了宝贵的工艺经验。
从实验室走向市场，每一次技术突破的背后，都是对分子结构深刻理解的体现。未来，随着新材料与智能化合成系统的发展，更多“困难序列”将在我们面前变得“容易”，多肽药物也将迎来更加广阔的发展空间。
