近日，实验室尹贻贞课题组联合昌平实验室/北京大学刘志博课题组，在环肽类药物从头发现领域取得新进展，题为“Ribosomal Incorporation of Fluorosulfonyloxy-L-Phenylalanine into Macrocyclic Peptides for De Novo Target-Specific Covalent Binders”，发表在Journal of the American Chemical Society（JACS）杂志上。山东大学硕士毕业生杨雅文、昌平实验室刘培博士后和崔希洋副研究员为本文共同第一作者，尹贻贞教授与刘志博教授为本文共同通讯作者，山东大学微生物改造技术全国重点实验室为第一完成单位和通讯作者单位。
环肽凭借高亲和力及其精准结合靶标分子的能力，成为生物探针与分子工具的重要组成。同时，环肽在药物研发中正不断突破瓶颈。作为介于小分子与抗体等生物大分子之间的一类中分子药物，环肽具有抗菌、抗肿瘤、抗病毒等多种生物活性。近年来，FDA批准的共价药物数量增加，但共价环肽的研究依然稀少。尽管已有研究针对蛋白上的半胱氨酸开展共价环肽研究，非半胱氨酸靶点的探索仍显不足。由于这些靶点在生物过程中的重要性和缺乏特异性配体，该领域蕴藏巨大研究潜力。本研究利用灵活体外翻译（FIT）系统实现了4-氟磺酰氧基-L-苯丙氨酸（FSY）的体外核糖体翻译，构建了大容量（1012以上）含氟磺酰氧基的共价环肽库。随后，通过随机非经典环肽整合发现（RaPID）技术针对人α-凝血酶和成纤维细胞活化蛋白（FAP）蛋白开展了含氟磺酰氧基共价环肽类药物的从头筛选、合成与活性评估。筛选出的环肽通过高亲和力、特异性和低毒性特点成功靶向目标蛋白，而环肽上的氟磺酰氧基则可通过邻近诱导效应与靶蛋白上氨基酸残基（如酪氨酸）发生硫氟交换（SuFEx）反应形成共价键。研究进一步确证氟磺酰氧基对环肽活性至关重要，去除该基团后活性显著下降。最后，将靶向FAP的含氟磺酰氧基共价环肽与放射性核素偶联做成核素偶联药物（RDC；68Ga标记的DOTA-4D-5）后开展了小鼠实验，研究显示其肿瘤摄取选择性和滞留时间明显提升，优于非共价对照肽，展现出在靶向放射性核素治疗中的巨大潜力。本研究为从头发现含氟磺酰氧基共价环肽提供了直接且高效的平台。
此外，尹贻贞课题组还与厦门大学吴川六课题组及深圳湾实验室蔡羽轩课题组合作，于近期在JACS 杂志上发表了题为“Proline-Mediated Enhancement in Evolvability of Disulfide-Rich Peptides for Discovering Protein Binders”的研究工作。该研究运用脯氨酸扫描，成功提高了富含二硫键多肽的氧化折叠效率，增强了其结构稳定性和可进化性。在此基础上，借助mRNA展示高库容量优势以及噬菌体展示辅助折叠的特点，成功筛选出对肿瘤相关抗原TROP2和癌症免疫治疗重要靶标4-1BB具有高亲和力和特异性的含四对二硫键的多元环肽配体。随后，研究将靶向TROP2的环肽应用于嵌合抗原受体T细胞疗法（CAR T），使用环肽作为抗原识别元件的CAR T细胞在体外实验中展现出对TROP2高表达肿瘤细胞的强大杀伤效应，但对TROP2低表达的非肿瘤细胞中几乎无杀伤，脱靶毒性降低至28%（传统scFv-CAR T为69%）的，促炎性细胞因子（如IFNγ和TNFα）释放量减少3~5倍，有助于解决CAR T疗法的关键安全隐患。在小鼠体内实验中，环肽CAR T细胞有效清除TROP2阳性肿瘤细胞，在提升安全性的同时，展现了优异的抗肿瘤活性。总之，该研究提供了一种具有结构和功能多样性的富二硫键环肽从头发现平台。厦门大学刘洪谭博士、山东大学硕士毕业生宋露露、深圳湾实验室蒙晓婷博士后为本文共同第一作者，厦门大学吴川六教授、山东大学尹贻贞教授和深圳湾实验室蔡羽轩研究员为本文共同通讯作者。
以上研究得到了国家重点研发计划（2024YFC3407100）、国家自然科学基金、山东省自然科学基金、山东省泰山学者（青年）专家计划等的资助。
