(2R,4S)-4-羟基吡咯烷-2-羧酸的应用与制备

概述

(2R,4S)-4-羟基吡咯烷-2-羧酸又名反式-4-羟基-D-脯氨酸，化学式为C₅H₉NO₃，分子量为131.13，常温常压下稳定，表现为白色或类白色粉末。(2R,4S)-4-羟基吡咯烷-2-羧酸的熔点为260°C，折射率1.54。(2R,4S)-4-羟基吡咯烷-2-羧酸是一种不可切割的ADC连接物，用于合成抗体药物结合物(ADC)；还是一种基于烷基链的PROTAC连接剂，可用于合成PR。

体外研究

ADC由抗体组成，抗体通过(2R,4S)-4-羟基吡咯烷-2-羧酸连接ADC细胞毒素[1]。PROTAC包含两个不同的配体，通过(2R,4S)-4-羟基吡咯烷-2-羧酸连接，一个是E3泛素连接酶的配体，另一个是靶蛋白的配体。PROTAC利用细胞内泛素-蛋白酶体系统选择性降解目标蛋白质[2]。

应用与制备

(2R,4S)-4-羟基吡咯烷-2-羧酸是一种重要的氨基酸，广泛应用于生物化学，食品，化妆品及医药中间体等领域。

(2R,4S)-4-羟基吡咯烷-2-羧酸的生产方法有三种，即水解法、化学合成法以及微生物法。水解法是指通过酸、碱或者酶处理后，从富含羟脯氨酸的动物骨胶及明胶中提取。化学法则存在成本较高、使用有毒催化剂等缺点。二者均对环境造成极大污染。微生物发酵法即在生物细胞体内，利用脯氨酸-4-羟化酶的立体专一性，以游离的L-脯氨酸为底物完成对目标化合物的制备。微生物法与水解法和化学法相比，有着天然的优势。例如，由于脯氨酸-4-羟化酶具有高度立体选择性，因此产物为高纯度产物，且不会产生顺式羟脯氨酸副产物。再者，在微生物体内环境较为稳定，酶活力能够保持较高水平。更重要的是，利用微生物法生产(2R,4S)-4-羟基吡咯烷-2-羧酸原料简单，对环境污染小。因此，利用微生物法将逐步替代其它方法。饶志明教授团队[3]以(2R,4S)-4-羟基吡咯烷-2-羧酸为研究目标，提出了一种通用的微生物高效合成羟化氨基酸策略。首先利用稀有密码子筛选和代谢工程改造策略有效提升底盘合成前体脯氨酸性能，其次利用基于群体感应调控线路，动态调节酮戊二酸脱氢酶活性，补充共底物酮戊二酸。最后，通过基因挖掘并结合分子动力学模拟Gromacs和Rosetta等工具改造脯氨酸羟化酶活性，增加其转化效率。最终目标化合物的产量为54.8g/L，为目前报道最高水平之一。该研究为微生物高效合成羟基化高值氨基酸提供重要借鉴。

参考文献

[1]Beck A, et al. Strategies and challenges for the next generation of antibody-drug conjugates. Nat Rev Drug Discov. 2017;16(5):315-337.

[2]Nalawansha DA, et al. PROTACs: An Emerging Therapeutic Modality in Precision Medicine. Cell Chem Biol. 2020;27(8):998-985.

[3]Significantly enhancing production of trans-4-hydroxy-L-proline by integrated system engineering in Escherichia coli.Science. ASci. Adv. DOI: 10.1126/sciadv.aba2383.