2026年4月20日，深圳湾实验室分子生理学研究所蔡羽轩课题组与合作者在Journal of the American Chemical Society在线发表题为Thiol-Retaining N-Terminal Cysteine Chemistry for Dual Modification and Bicyclic Peptide Construction的研究论文。这项工作发展出一类经过精细分子设计的新型邻位位阻调控的TAMM试剂（o-TAMM），建立了一种能够在修饰后仍保留巯基活性的N端半胱氨酸定点修饰方法。该方法突破了传统N端半胱氨酸化学中“修饰一旦完成，巯基也随之被耗尽”的限制，为多肽和蛋白质的进一步功能化开辟了新路径，也为双环肽分子的构建和筛选提供了有力工具。

为什么这个问题重要？

多肽和蛋白质的精准化学修饰，是化学生物学研究、分子探针开发和多肽药物设计中的关键技术。N端半胱氨酸由于同时带有氨基和巯基，是一个非常理想的天然修饰位点，因此受到广泛关注。但长期以来，这类反应普遍存在一个核心瓶颈：反应虽然能顺利发生，却往往会把N端半胱氨酸上的氨基和巯基同时“用掉”，最终生成一个稳定但不再活泼的环状产物。这样一来，分子后续就很难继续连接第二个功能模块，也难以进一步搭建更复杂的结构。换句话说，过去的方法更像是“一次性封口”，而不是“留下接口，继续扩展”。

这项工作的关键创新是什么？

这项研究的核心突破，可以概括为一句话：让巯基在反应后“留下来”。研究团队通过理性分子设计和机理研究发现，只要在TAMM分子的芳环邻位引入合适的位阻，就可以显著改变反应路径，稳定一种原本不易保留的中间体，从而避免反应走向最终会消耗巯基的闭环产物。最终得到的产物不仅实现了N端半胱氨酸的高选择性修饰，还保留了一个可继续利用的巯基“把手”。这一点非常关键，因为它意味着研究人员可以在完成第一步定点修饰后，立即进行第二步功能化，真正实现顺序式双修饰。从方法学上看，这不是对已有反应的小修小补，而是对反应结局的重新设计：过去的反应终点是“失去活性”，而现在变成了“保留活性、继续拓展”。

这套方法有哪些优势？

首先，它具有很高的化学选择性。该方法只识别N端半胱氨酸，不受其他天然氨基酸干扰，因此特别适合复杂多肽和蛋白体系的定点修饰。其次，反应条件温和。研究表明，这一策略可以在水溶液、弱碱性条件以及接近生物体系可接受的温和条件下进行，便于向蛋白质修饰和更复杂的生物应用延伸。第三，它具有良好的通用性。该方法不仅适用于短肽，也可用于蛋白质底物；不仅能完成单一修饰，还能进一步引入炔基等正交功能团，支持后续点击化学、巯基偶联等操作，实现模块化分子组装。与传统CBT、DPCP、NCL等N端半胱氨酸修饰策略相比，这一方法的突出特点在于：不再把巯基当作一次性消耗品，而是把它转化为后续操作的功能入口。

从“保留巯基”到“构建双环肽”

更进一步地，研究团队并没有把这项方法停留在“能修饰”这一步，而是把它推进到了更具应用价值的分子构建层面。他们设计了一种带有额外亲电基团的o-TAMM 交联试剂，可对含有特定半胱氨酸排布的多肽进行位点选择性双环化，构建出由硫醚环和二硫键环组成的紧凑型双环肽结构。与普通线性肽相比，这类双环肽通常构象更刚性、稳定性更好，也更容易形成高亲和力结合界面，因此在多肽药物开发中具有重要潜力。这意味着，这项工作不仅提出了一种新反应，也顺带提供了一条从“定点修饰”走向“复杂活性分子构建”的直接路线。

筛选验证：获得 KEAP1 高亲和力双环肽配体

为了验证该策略在分子发现中的实用价值，研究团队进一步将其用于噬菌体展示双环肽文库的构建，并以KEAP1为靶点开展筛选。KEAP1是NRF2通路中的关键调控蛋白，与氧化应激、炎症和肿瘤等重要生理病理过程密切相关，也是近年来备受关注的药物开发靶点之一。利用这一新化学策略构建的双环肽文库，研究团队成功筛选获得了纳摩尔级高亲和力的KEAP1结合分子，证明该方法不仅化学上可行，而且确实能够支持功能性分子发现。这一步非常重要，因为它说明该方法并非只是“合成上有趣”，而是已经具备服务于活性分子筛选和药物发现的现实能力。

这项工作的意义在哪里？

这项研究的意义，首先在于它解决了一个长期存在但常被默认接受的限制：N端半胱氨酸修饰后巯基会被不可逆消耗。通过对反应机理和分子结构的精确调控，研究团队把这个“宿命式结局”改写成了“可保留、可继续利用”的新结局。更重要的是，这一突破并不只停留在方法层面，而是自然延伸到了双修饰、多环肽构建、噬菌体展示筛选等多个方向，展现出很强的平台价值。未来，这一策略有望应用于多肽药物开发、蛋白质工程、分子探针构建，以及更多需要高选择性、可扩展修饰化学的前沿场景。可以说，这项工作不仅提供了一种新反应，也提供了一种新思路：通过精细调控反应路径，保留关键官能团活性，从而把一次修饰转化为多步构建的起点。

本研究由蔡羽轩课题组主导完成，课题组博士后刘俊杰为论文第一作者。研究工作得到了国立阳明交通大学吴宜霖教授、厦门大学吴川六教授的共同支持，以及深圳湾实验室和国家自然科学基金等的资助。论文全文可通过期刊官网（https://doi.org/10.1021/jacs.6c01648）或浪淘沙预印本平台（https://langtaosha.org.cn/lts/en/preprint/view/167）查阅获取。

原文信息：

Thiol-Retaining N-Terminal Cysteine Chemistry for Dual Modification and Bicyclic Peptide Construction

浪淘沙预印本平台：

https://langtaosha.org.cn/lts/en/preprint/view/16

供稿|蔡羽轩课题组

编辑|鲍 啦

责编|远 山

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