更新时间：作者：小小条
导语
百日咳（pertussis）是一种由百日咳鲍特菌（Bordetella pertussis）引起的急性呼吸道传染病。该疾病对婴幼儿危害极大，可能引发肺炎、脑病等严重并发症，甚至导致死亡。同时，其传染性极强，可通过飞沫迅速传播，易在人群密集处爆发疫情。自上世纪八十年代实施计划免疫以来，百日咳的发病率与死亡率得到了有效控制。然而，进入二十一世纪后，世界多国先后发生多次大规模百日咳疫情，国际上称之为“百日咳再现”。究其原因，现有疫苗不能实现终身免疫，当青少年和成人的免疫反应消退后，就会成为未接种疫苗婴幼儿的传染源；同时，研究表明，霍氏鲍特菌（Bordetella holmesii）已成为百日咳的第二大致病因子，然而目前使用的百日咳疫苗不能实现交叉保护。因此，开发长效且广谱的新型百日咳疫苗成为亟待解决的问题。
细菌细胞壁多糖类成分如脂多糖（LPS）、脂寡糖（LOS）和荚膜多糖（CPS）是其重要毒力因子，也是发展糖类抗菌药物、疫苗或诊断剂的源头。利用化学合成手段制备这些糖链，可获得结构明确、均一的糖分子，再通过免疫学研究可以明确糖-免疫活性间的关系，从而为抗菌糖类疫苗的研究提供依据。研究表明，百日咳鲍特菌核心寡糖还原端六糖在鲍特菌属中保持结构保守。因此，该六糖片段成为了开发新型广谱百日咳疫苗的重要靶点。然而，直接从细菌中提取LOS存在生物安全性问题，因而化学合成成为获取高纯度、结构明确糖抗原的关键途径。近日，四川大学杨劲松教授课题组完成了来自百日咳鲍特菌脂寡糖高度分支的六糖片段的化学合成。
前沿科研成果
（图片来源：Org. Lett.）
该六糖片段含有两种1,2-cis糖苷键，即a-d-葡萄糖苷键和a-d-氨基葡萄糖苷键；糖链具有(1→2)、(1→3)、(1→4)、(1→5)和(1→7)等多种链接方式；分子中同时含有2,7-分支化和3,4-分支化甘露庚糖片段。其合成难点在于上述两种1,2-cis糖苷键和空间上十分拥挤的两类分支化甘露庚糖骨架的组装（Scheme 1）。在本研究中，作者利用O-6位苯甲酰基的远程参与作用以及O-6位叔丁基二苯基硅基对b-面的空间屏蔽作用等保护基导向策略，分别完成了对应的a-d-葡萄糖苷键和a-d-氨基葡萄糖苷键高收率高立体选择性合成。另外，对于2,7-分支甘露庚糖骨架，作者通过“先7-O再2-O”的糖基化顺序组装；而对于3,4-分支甘露庚糖骨架，作者通过“先4-O再3-O”的糖基化顺序实现了组装。
在关键的1,2-cis葡萄糖糖苷键的构建中，作者分别针对苯甲酰基的远程参与作用以及叔丁基二苯基硅基的空间屏蔽作用进行了探究（Table 1）。通过对不同保护基导向策略以及两类糖苷化供体和溶剂的摸索，当使用C6-O-Bz保护的葡萄糖N-苯基三氟乙酰亚胺酯4d为供体时，成功地以收率90%，单一α-立体选择性实现了目标苷键的构建。
（图片来源：Org. Lett.）
随后，作者脱除化合物10d的Bz保护基，在BAIB/TEMPO条件下将其C6-OH氧化成羧基后用Bn基保护，得到化合物12（Scheme 2）。接着脱除其O-7位的临时保护基Nap，得到二糖受体13。最后，利用C6-O-TBDPS保护的d-氨基葡萄糖供体6，以收率81%，单一的α-立体选择性实现了目标苷键的构建，得到了三糖硫苷供体2。
（图片来源：Org. Lett.）
接着，作者对三糖受体3的合成进行了探究。首先，将Kdo受体7与l,d-甘露庚糖硫苷供体8以甲苯为溶剂，NIS/TfOH为活化剂进行糖苷化反应，顺利实现了二糖14的合成。脱除其O-4位Nap得到二糖受体15。随后，15在甲苯/二氯甲烷（1:1, v/v)的混合溶剂体系中，以NIS/TfOH为活化剂进行糖苷化反应制得三糖化合物16。最后，选择性脱除其O-3位的Lev，顺利实现了目标三糖受体3的合成。
（图片来源：Org. Lett.）
成功实现三糖供体2和三糖受体3的合成后，作者将研究转向3,4-分支甘露庚糖骨架的构建（Scheme 4）。期望通过（3+3）汇聚式合成策略实现六糖骨架的高效构建。作者针对上述汇聚式糖苷化反应筛选了不同的活化剂和溶剂体系，如NIS/TfOH/DCM，NIS/TfOH/toluene以及NIS/TfOH/xylenes。研究发现，（3+3）汇聚式糖苷化不能发生。作者推测，这可能是由于糖苷化反应位点埋于三糖受体3的中间，使其不易暴露，因而降低了其亲核性；同时，三糖供体2的体积进一步阻碍了糖苷化反应的发生。
因此，作者换用了体积更小的二糖供体12，期望通过（3+2+1）的汇聚式糖苷化策略来实现目标六糖骨架的构建。然而，该（3+2）糖苷化仍不能发生。基于上述实验结果，作者进一步将供体替换为单糖供体17，期望通过精细调控的（3+1+1+1）分步糖苷化策略实现目标六糖骨架的构建。作者针对反应体系进行筛选后发现，当使用NIS/TfOH为活化剂、二甲苯/甲苯（2:1, v/v)为溶剂体系时，能够实现四糖骨架的高效构建，以81%的收率得到了四糖化合物18。随后脱除化合物18的Lev得到四糖受体19。接着，作者分别针对Lev和TBDPS的保护基导向效应进行了进一步的探索。以期探究在受体体积增大的情况下(相较于Table 1的单糖受体），其保护基导向效应的差异性。
然而，当使用6-OTBDPS的供体4a时，糖苷化反应不能发生。作者推测，虽然TBDPS保护基具有空间屏蔽效应，但其也*增大了供体的体积，不利于反应的进行。换用体积更小的6-O-Lev供体20时，成功以收率71%和单一的α-立体选择性实现了五糖化合物21的合成。紧接着脱除其Lev，在BAIB/TEMPO/NaHCO₃条件下将其C6-OH氧化后用Bn基保护，得到羧酸苄酯化合物23。脱除其Nap保护基，成功得到了五糖受体24。最后，五糖受体24和6-O-Lev氨基葡糖糖供体25在二甲苯中，以NIS/TfOH为活化剂进行糖苷化反应，以收率79%和单一α-立体选择性实现了目标六糖骨架26的构建。最后经过三步保护基脱除操作，成功实现了目标六糖1的合成。化学合成的六糖片段1可以通过还原端丙胺链接臂共价结合到载体蛋白上，用于进一步的抗原性评价，这些工作正在进行中。
（图片来源：Org. Lett.）
该工作已发表在国际有机化学期刊Org. Lett.上（DOI：
10.1021/acs.orglett.5c05037), 受到国家科技部（2025YFC3409500）、国家自然科学基金委（92478112）和四川省科技厅（2025ZNSFSC0050）的大力支持。博士生李灵是该工作的主要完成人。
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