靶向蛋白降解（Targeted protein degradation, TPD）在過(guò)去二十年中作為一種主要的新型藥物模式已被廣泛用于多種蛋白，為癌癥、炎癥等疾病治療提供了一種潛在的有前途的治療策略。

       其中，蛋白降解靶向嵌合體（Proteolysis targeting chimeras，PROTAC）作為一種有潛力的靶向蛋白降解技術(shù)，它是具有E3泛素連接酶招募者與感興趣蛋白（POI）配體連接的異雙功能小分子，通過(guò)誘導(dǎo)E3泛素連接酶與POI靠近實(shí)現(xiàn)靶蛋白降解。PROTAC分子具有高效、低耐藥性等特點(diǎn)，同時(shí)能靶向“不可成藥”蛋白，其應(yīng)用前景十分廣泛。

       之后，受PROTAC的啟發(fā)，去泛素化酶靶向嵌合體（deubiquitinase-targeting chimeras，DUBTACs）成功問(wèn)世，用于靶向蛋白質(zhì)穩(wěn)定（targeted protein stabilization，TPS）。接下來(lái)，我們就來(lái)重點(diǎn)介紹一下靶向蛋白降解技術(shù)和靶向蛋白穩(wěn)定技術(shù)（圖1）。

       圖1. 靶向蛋白降解技術(shù)和靶向蛋白穩(wěn)定技術(shù)作用機(jī)制示意圖

       01

       細(xì)胞內(nèi)靶向蛋白降解(iTPD)

       近年來(lái)，細(xì)胞內(nèi)靶向蛋白降解（intracellular targeted protein degradation，iTPD）已成為小分子藥物新的重要模式（圖2）。在這里，構(gòu)建了異雙功能小分子，招募感興趣的藥物靶蛋白（POI）和E3連接酶，用于蛋白酶體降解。目前，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出兩類這樣的分子。

       PROTAC

       蛋白質(zhì)水解靶向嵌合體（Proteolysis-targeting chimeras, PROTACs）由Crews和Deshaies團(tuán)隊(duì)首 創(chuàng)，是由一個(gè)linker連接的大的特異性小分子；一部分與POI結(jié)合，另一部分與E3連接酶結(jié)合，使POI泛素化，被細(xì)胞質(zhì)中的蛋白酶體降解。

       分子膠

       第二類被稱為分子膠，是利用小分子化合物通過(guò)非共價(jià)作用與病理蛋白結(jié)合，形成大的穩(wěn)定復(fù)合物，阻止病理蛋白的功能。在這種情況下，分子膠增強(qiáng)了E3連接酶和POI之間的相互作用，導(dǎo)致其泛素化和降解。相關(guān)文章回顧：繼PROTAC之后的新型蛋白降解劑：分子膠。

       由于PROTAC與E3連接酶和POI具有獨(dú)立的結(jié)合位點(diǎn)，因此比分子膠更容易設(shè)計(jì)。然而，它們通常是大分子，開(kāi)發(fā)起來(lái)很有挑戰(zhàn)性，而基于lipinski五規(guī)則等指導(dǎo)原則，分子膠通常更小，更像藥物。值得注意的是，雷帕霉素、FK506和環(huán)孢菌素等天然產(chǎn)物膠都是較大的分子，但仍可口服生物利用，它們代表了臨床使用的分子膠的很大一部分。

       圖2. 細(xì)胞內(nèi)靶向蛋白降解(iTPD)示意圖

       與傳統(tǒng)的基于“占位驅(qū)動(dòng)”的小分子抑制劑相比，iTPD具有顯著的優(yōu)勢(shì)。

       首先，PROTACs發(fā)揮作用取決于靶蛋白和E3連接酶的空間鄰近，屬于“事件驅(qū)動(dòng)”的作用模式。PROTAC具有催化特性，只需提供與靶蛋白的結(jié)合活性，無(wú)須直接占據(jù)靶蛋白的活性口袋、有助于攻克小分子難以成藥的靶點(diǎn)。

       其次，PROTAC發(fā)揮作用時(shí)直接將靶蛋白降解，克服了傳統(tǒng)小分子藥物容易導(dǎo)致的靶蛋白過(guò)表達(dá)及突變等耐藥性問(wèn)題。

       第三，由于PROTAC的生效機(jī)制類似催化反應(yīng)，因此只需要極低劑量即可發(fā)揮效用，較低的給藥濃度使PROTAC藥物的安全性較高。

       目前，已有ARV-110、ARV-471、KT-474和DT2216等多個(gè)PROTAC分子進(jìn)入臨床試驗(yàn)階段。與PROTAC相比，分子膠有更小的分子量（通常小于600Da）、更好的膜通透性和成藥性，但分子膠并不等同于“去掉連接子的PROTAC”。分子膠通過(guò)誘導(dǎo)或穩(wěn)定E3連接酶與靶蛋白之間的“蛋白-蛋白相互作用”（protein?protein interaction，PPI），介導(dǎo)靶蛋白泛素化和隨后的蛋白酶體降解。

       分子膠的發(fā)現(xiàn)多是偶然的，最 具代表性的是IKZF1/3降解劑沙利度胺、來(lái)那度胺和泊馬度胺。在此基礎(chǔ)上，研究人員通過(guò)合理的結(jié)構(gòu)優(yōu)化得到了CC-92480（IKZF1/3降解劑）和CC-90009（GSPT1降解劑）等進(jìn)入臨床試驗(yàn)階段的分子膠（圖3）。

       圖3. 分子膠與PROTAC的作用方式及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

       02

       細(xì)胞外靶向蛋白降解(eTPD)

       細(xì)胞外蛋白質(zhì)組由分泌蛋白和膜結(jié)合蛋白組成，涵蓋了生長(zhǎng)因子、細(xì)胞因子、激素、酶和受體等多種蛋白質(zhì)，它們?cè)诩?xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)、免疫反應(yīng)、組織修復(fù)和新陳代謝中扮演重要角色。由于許多疾病與細(xì)胞外蛋白的失調(diào)有關(guān)，因此，細(xì)胞外蛋白質(zhì)被認(rèn)為是藥物研發(fā)中的一類重要治療靶點(diǎn)。

       近年來(lái)，細(xì)胞外靶向蛋白降解（extracellular targeted protein degradation，eTPD）技術(shù)的出現(xiàn)，為研究人員提供了一種全新的模式來(lái)調(diào)節(jié)細(xì)胞外蛋白質(zhì)組。不同于傳統(tǒng)基于“占位驅(qū)動(dòng)”的藥物，eTPD技術(shù)運(yùn)用雙特異性生物制劑或小分子招募細(xì)胞外蛋白，將細(xì)胞外蛋白質(zhì)運(yùn)送到溶酶體進(jìn)行選擇性降解，這種獨(dú)特的作用方式拓展了可治療的靶點(diǎn)范圍，為治療多種疾病開(kāi)辟了新的可能性（圖4）。

       圖4. 細(xì)胞外靶向蛋白降解(eTPD)示意圖

       目前，降解細(xì)胞外蛋白質(zhì)主要有六種不同的方法策略，分別是降解可溶性POI的清除抗體eTPD、基于聚糖的循環(huán)受體eTPD、基于跨膜E3連接酶靶向膜蛋白的eTPD、基于細(xì)胞因子靶向膜蛋白的eTPD、基于整合素的eTPD、從內(nèi)部降解膜蛋白的eTPD。

       NO.1

       降解可溶性POI的清除抗體eTPD

       降解可溶性POI的清除抗體eTPD是“清除抗體”（sweeping antibodies）分子經(jīng)過(guò)工程改造，增強(qiáng)了它們與Fc回收受體、新生兒Fc受體（FcRn）或FcγRIIb的結(jié)合能力。可以使工程化抗體通過(guò)FcRn，以pH可切換的方式將POI遞送到酸性內(nèi)體，酸性內(nèi)體釋放POI進(jìn)行溶酶體降解。

       Tocilizumab（Tcz）是一種被批準(zhǔn)用于治療類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎的人源化抗體。pH可切換的Tocilizumab于2020年被批準(zhǔn)用于治療視神經(jīng)脊髓炎譜系障礙，這代表了eTPD中第一個(gè)被批準(zhǔn)的抗體。

       NO.2

       基于聚糖的循環(huán)受體eTPD

       基于聚糖靶向的再循環(huán)受體，如陽(yáng)離子非依賴性甘露糖6-磷酸受體（CI-M6PR）可以促進(jìn)膜和可溶性POI的溶酶體降解。其中，溶酶體靶向嵌合體（LYTAC）就是利用LYTAC–POI復(fù)合物與CI-M6PR結(jié)合后被內(nèi)化，導(dǎo)致POI在溶酶體中降解。

       NO.3

       基于跨膜E3連接酶靶向膜蛋白的eTPD

       基于跨膜E3連接酶靶向膜蛋白的eTPD是利用靶向含有跨膜結(jié)構(gòu)域的E3連接酶家族成員和POI的雙特異性抗體降解靶蛋白，被稱為AbTACs或PROTAB。

       NO.4

       基于細(xì)胞因子靶向膜蛋白的eTPD

       基于細(xì)胞因子靶向膜蛋白的eTPD，如細(xì)胞因子受體靶向嵌合體（KineTAC）也是一種雙特異性抗體，KineTAC一端結(jié)合細(xì)胞因子或生長(zhǎng)因子，而另一端結(jié)合POI。從而實(shí)現(xiàn)膜結(jié)合型和可溶性蛋白的降解。

       NO.5

       基于整合素的eTPD

       利用整合素促進(jìn)的溶酶體降解技術(shù)是使用雙特異性抗體的一端結(jié)合整合素，而另一端結(jié)合POI，從而將POI引導(dǎo)至溶酶體進(jìn)行降解，同時(shí)利用整合素的循環(huán)能力來(lái)增強(qiáng)目標(biāo)定位和效率。

       NO.6

       從內(nèi)部降解膜蛋白的eTPD

       從內(nèi)部降解膜蛋白的eTPD則涉及PROTACs技術(shù)，這類分子一部分用于結(jié)合受體酪氨酸激酶的細(xì)胞內(nèi)激酶結(jié)構(gòu)域，而另一部分與細(xì)胞質(zhì)中的E3連接酶結(jié)合，通過(guò)泛素蛋白酶體途徑進(jìn)行降解。PROTACs技術(shù)為靶向細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)提供了一種高效的降解策略（圖5）。

       圖5. 降解細(xì)胞外蛋白質(zhì)的六種不同方法策略

       03

       靶向蛋白穩(wěn)定（TPS）

       2022年初，美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校的Daniel Nomura教授團(tuán)隊(duì)與諾華生物醫(yī)學(xué)研究所（NIBR）的研究人員合作，開(kāi)發(fā)了一種新的治療模式，它被稱為去泛素化酶靶向嵌合體（Deubiquitinase Targeting Chimera ，DUBTACs）。

       DUBTACs是一種異雙功能小分子，由一個(gè)與蛋白質(zhì)靶向配體和去泛素化酶招募者組成，DUBTACs發(fā)揮作用的大致過(guò)程為：DUBTACs一端結(jié)合靶蛋白（POI），一端結(jié)合去泛素化酶，誘導(dǎo)靶蛋白與去泛素化酶的靠近，從而去除泛素鏈，以阻止蛋白酶體介導(dǎo)的靶蛋白的降解，達(dá)到穩(wěn)定以泛素依賴方式降解的特定蛋白質(zhì)的水平（圖6）。

       在這項(xiàng)研究中，研究人員利用DUBTACs，提高了一種名為CFTR的氯離子通道蛋白突變體的穩(wěn)定性。通常這種突變體的降解，會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的囊性纖維化（CF）疾病。研究結(jié)果顯示，靶向CFTR的DUBTACs，能夠恢復(fù)從囊性纖維化患者體內(nèi)獲得的原代人類支氣管上皮細(xì)胞的氯離子通道功能。研究結(jié)果同時(shí)顯示，DUBTACs可以被用于治療癌癥。他們開(kāi)發(fā)了一款能夠穩(wěn)定腫瘤抑制蛋白WEE1激酶的DUBTAC。WEE1激酶在很多腫瘤中被主動(dòng)降解，從而促進(jìn)癌細(xì)胞的增生，穩(wěn)定癌細(xì)胞中WEE1激酶的水平可能終止腫瘤的生長(zhǎng)。

       不久后，美國(guó)哈佛醫(yī)學(xué)院的魏文毅教授團(tuán)隊(duì)和西奈山伊坎醫(yī)學(xué)院的金堅(jiān)教授團(tuán)隊(duì)，使用EN523招募去泛化素酶OTUB1進(jìn)一步開(kāi)發(fā)了能夠穩(wěn)定抑癌蛋白的首 個(gè)TF-DUBTAC藥物平臺(tái)，旨在通過(guò)穩(wěn)定抑癌轉(zhuǎn)錄因子（Transcription Factor，TF）實(shí)現(xiàn)對(duì)腫瘤的治療。

       圖6. DUBTACs作用示意圖

       總體來(lái)說(shuō)，DUBTACs作為一種較新的療法，進(jìn)行的研究和開(kāi)發(fā)還相對(duì)較少，但也已經(jīng)在某些特定的案例中展現(xiàn)出了治療潛力，TPD和TPS的興起代表了藥物發(fā)現(xiàn)領(lǐng)域的一次重大突破。鑒于其在癌癥治療、免疫調(diào)節(jié)、神經(jīng)退行性疾病以及傳染病等領(lǐng)域的應(yīng)用潛力，TPD和TPS正顯現(xiàn)出作為一種多功能性治療策略的廣泛意義。