新型蛋白降解技術(shù)迎來發(fā)展熱潮，突破不可成藥靶點(diǎn)

蛋白降解的歷史可以追溯到1992年氟維司群可降解雌激素受體（ER）的發(fā)現(xiàn)，2001年PROTAC技術(shù)概念被提出。時(shí)至今日，蛋白降解劑的研發(fā)探索已有20年的歷史。靶向蛋白質(zhì)降解技術(shù)在多種疾病領(lǐng)域如惡性腫瘤、神經(jīng)退行性疾病、代謝性疾病等均具有廣闊的應(yīng)用前景和發(fā)展空間。蛋白降解技術(shù)以其在突破不可成藥靶點(diǎn)、克服現(xiàn)有靶點(diǎn)耐藥突變等方面的巨大優(yōu)勢，吸引了眾多科研機(jī)構(gòu)和研發(fā)藥企的競相投入，成為小分子藥物的突圍風(fēng)口。蛋白降解技術(shù)逐步完成了從早期偶然發(fā)現(xiàn)到理性設(shè)計(jì)為主導(dǎo)的蛻變，隨著研究的進(jìn)一步深入，蛋白降解技術(shù)不斷迎來重大突破。

通常，細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)通過泛素-蛋白酶體系統(tǒng)（Ubiquitin-Proteasome System，UPS）和自噬-溶酶體（Autophagy-Lysosome）兩條途徑進(jìn)行降解。目前蛋白降解技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展為成熟的是基于UPS降解途徑的蛋白水解靶向嵌合體（Proteolysis-Targeting Chimera，PROTAC）技術(shù)。隨著降解機(jī)制和降解對象的拓展，近幾年相繼涌現(xiàn)出各類新型靶向蛋白質(zhì)降解技術(shù)，包括分子膠（Molecular Glues，MG）、溶酶體靶向嵌合體（Lysosome-Targeting Chimaera，LYTAC）技術(shù)、自噬靶向嵌合體（Autophagy-Targeting Chimera，AUTAC）技術(shù)、自噬小體綁定化合物（Autophagosome-Tethering Compound，ATTEC）技術(shù)以及分子伴侶介導(dǎo)的自噬（Chaperone-Mediated Autophagy，CMA）嵌合體技術(shù)。

泛素-蛋白酶體系統(tǒng)

基于泛素-蛋白酶體途徑設(shè)計(jì)的蛋白降解劑包括PROTAC和MG。PROTAC是一種雜合雙功能的小分子或多肽化合物，通過li[x]nker將目標(biāo)蛋白配體和E3泛素連接酶配體連接而成，利用泛素-蛋白酶系統(tǒng)識別、結(jié)合并降解疾病相關(guān)的靶蛋白。MG是一類可以誘導(dǎo)泛素E3連接酶復(fù)合體/底物受體與靶蛋白相互作用的小分子，可以拉近致病蛋白與E3連接酶的空間距離，從而使得被泛素化的致病蛋白被蛋白酶體所降解。

溶酶體靶向嵌合體（PROTAC）

PROTAC技術(shù)大的優(yōu)勢即只需具備與靶蛋白結(jié)合活性，不需要直接抑制靶蛋白的功能活性，因此可靶向傳統(tǒng)“不可成藥”的靶點(diǎn)。自2001年全球PROTAC分子誕生，到2019年Arvinas的全球開展臨床試驗(yàn)的PROTAC分子ARV-110，再到如今多個(gè)PROTAC分子進(jìn)入臨床，PROTAC技術(shù)順利完成了從概念到臨床試驗(yàn)的飛躍。PROTAC技術(shù)在靶向不可成藥蛋白、克服耐藥、選擇性、用藥途徑等方面優(yōu)勢全面，開發(fā)潛力大，并且在多種疾病的治療領(lǐng)域表現(xiàn)出自己獨(dú)特的潛力，應(yīng)用前景廣闊。

迄今為止，PROTAC技術(shù)已用于腫瘤（如AR、ER）、神經(jīng)系統(tǒng)（如Tau、Alpha-synuclein）和炎癥/免疫學(xué)（如IRAK4、RIP2K）疾病領(lǐng)域，臨床進(jìn)展快的化合物（ARV-110與ARV-471）也順利進(jìn)入臨床二期。2021年7月22日，Arvinas與輝瑞達(dá)成合作協(xié)議，共同開發(fā)和推廣ARV-471。Arvinas將獲得6.5億美元前期付款，以及潛在可達(dá)14億美元的里程碑付款，輝瑞同時(shí)將對Arvinas進(jìn)行3.5億美元股權(quán)投資。

分子膠（MG）

MG能巧妙地避開傳統(tǒng)抑制劑的局限性，使得一部分靶點(diǎn)從“無成藥性”變?yōu)椤坝谐伤幮浴?，同時(shí)MG相比PROTAC有更小的分子量，理論上會有更好的成藥性。蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)之間的相互作用驅(qū)動了大多數(shù)生物活動，分子膠可以將通常不會相互作用的蛋白質(zhì)粘在一起，為人類抵抗疾病打開了新的大門。

2014年，科學(xué)家在Nature雜志報(bào)道免疫調(diào)節(jié)藥物沙利度胺（Thalidomide，）通過MG機(jī)制發(fā)揮作用，研究發(fā)現(xiàn)這類藥物通過靶向E3泛素連接酶CRBN，從而使轉(zhuǎn)錄因子IKZF1和IKZF3多聚泛素化，導(dǎo)致IKZF1和IKZF3被蛋白酶體降解。隨著對MG作用機(jī)制的認(rèn)識逐步加深，MG的發(fā)現(xiàn)也從偶然發(fā)現(xiàn)逐漸過渡到理性設(shè)計(jì)，同時(shí)伴隨著更多的MG項(xiàng)目被逐漸報(bào)道。

來那度胺（Lenalidomide）作為沙利度胺的第二代改良衍生物，近年來一直排名小分子藥物銷售額前三，2020年銷售額達(dá)121億美元，沙利度胺第三代改良衍生物泊馬度胺（Pomalidomide）2020年銷售額也達(dá)到了31億美元，度胺類MG取得的巨大成功也鼓舞了更多企業(yè)投入到分子膠開發(fā)中。近期新開發(fā)的MG項(xiàng)目研究進(jìn)展快的處于臨床II期，分別是百時(shí)美施貴寶（BMS）的CC-90009和CC-92480。此外，還有3款分子膠項(xiàng)目處在I期臨床試驗(yàn)中，分別是來自諾華（Novartis）的DKY709、來自BMS的CC-99282以及C4 Therapeutics的CFT7455。

自噬-溶酶體途徑

溶酶體降解途徑包括內(nèi)吞（Endocytosis）和自噬（Autophagy）途徑。基于內(nèi)吞作用和自噬作用兩種不同的途徑，靶向溶酶體降解途徑的技術(shù)可分為以下四種類型：LYTAC、AUTAC、ATTEC和CMA。該類技術(shù)有望與現(xiàn)有的蛋白降解劑形成互補(bǔ)，拓展可降解靶點(diǎn)的范圍。

1、溶酶體靶向嵌合體（LYTAC）

2020年7月，斯坦福大學(xué)Bertozzi課題組在Nature發(fā)表了題為“Lysosome-targeting chimaeras for degradation of extracellular proteins”的研究論文。該研究團(tuán)隊(duì)報(bào)道了可直接靶向胞外蛋白和膜相關(guān)蛋白進(jìn)行溶酶體降解的LYTAC平臺，并證實(shí)了該技術(shù)的可行性、有效性、特異性及普適性。LYTAC是一個(gè)雙功能共軛物，同時(shí)結(jié)合細(xì)胞外蛋白和細(xì)胞表面溶酶體靶向受體（LTR）形成三元復(fù)合物，導(dǎo)致蛋白質(zhì)可以通過網(wǎng)格蛋白介導(dǎo)的內(nèi)吞作用內(nèi)化。PROTAC通過蛋白酶體降解靶蛋白主要適用于胞內(nèi)蛋白，而LYTAC可以通過溶酶體靶向受體誘導(dǎo)蛋白質(zhì)向溶酶體遷移，可以靶向細(xì)胞外蛋白和跨膜蛋白。

已報(bào)道的LYTAC可以成功降解EGFR、PD-L1、CD71等靶蛋白，并在靶向并降解阿爾茨海默癥相關(guān)蛋白（Tau蛋白）領(lǐng)域表現(xiàn)了巨大的潛力。2021年8月，禮來宣布與Lycia就該項(xiàng)蛋白降解技術(shù)達(dá)成一項(xiàng)總額超16億美元的合作，雙方將利用Lycia專有的蛋白降解技術(shù)LYTAC開發(fā)和商業(yè)化針對5個(gè)靶點(diǎn)的新型降解劑，重點(diǎn)疾病領(lǐng)域包括免疫和疼痛。LYTAC在PROTAC基礎(chǔ)上進(jìn)一步拓展了降解不可成藥靶點(diǎn)的蛋白種類，對于科學(xué)研究和臨床疾病的治療都具有重大意義。

2、自噬靶向嵌合體（AUTAC）

2019年12月，日本東北大學(xué)Arimoto課題組在Molecular Cell發(fā)表研究論文，報(bào)道了AUTAC平臺的設(shè)計(jì)思路，并由此設(shè)計(jì)了一系列靶向me[x]taP2、FKBP12、BET、TSPO等蛋白的AUTAC分子。AUTAC由鳥苷酸衍生物作為降解標(biāo)簽，通過li[x]nker連接靶向POI的小分子（與PROTAC結(jié)構(gòu)類似）。經(jīng)S-guanylation修飾的底物蛋白，其K63位點(diǎn)會被泛素化（K63泛素化可被自噬受體SQSTM1/p62特異性識別），從而導(dǎo)致底物蛋白進(jìn)入吞噬泡，在溶酶體中被降解。AUTAC是通過自噬-溶酶體途徑實(shí)現(xiàn)降解，因此具有更加廣泛的降解范圍，不僅可以降解細(xì)胞質(zhì)蛋白，還可以實(shí)現(xiàn)碎片化的細(xì)胞器降解，AUTAC技術(shù)在發(fā)現(xiàn)自噬相關(guān)藥物領(lǐng)域極具潛力。

3、自噬小體綁定化合物（ATTEC）

ATTEC是利用自噬降解目標(biāo)蛋白的一種更直接的方法，ATTEC通過同時(shí)與POI和LC3（自噬小體形成的關(guān)鍵蛋白）相互作用，使靶蛋白進(jìn)入吞噬泡，與溶酶體融合并降解。這種方式繞過了泛素化過程，具有很大的潛力降解不同類型的靶標(biāo)，包括自噬識別的非蛋白質(zhì)類生物大分子，如脂類、DNA/RNA分子、受損的細(xì)胞器等。

ATTEC分子量小，具有較好的血腦屏障通透性，中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的治療中具有較大潛力。2019年復(fù)旦大學(xué)的Ding等報(bào)道利用自噬小體綁定化合物降解致病蛋白的概念，并實(shí)現(xiàn)了對致病變異亨廷頓蛋白的選擇性降解，有望為亨廷頓病（Huntington’s disease，HTT dieases，HD）的臨床治療帶來新曙光。同時(shí)，ATTEC也可應(yīng)用于如肥胖、非酒精性脂肪肝、神經(jīng)退行等多種相關(guān)疾病的治療探索。在ATTEC領(lǐng)域，PAQ Therapeutics在2021年7月宣布完成3000萬美元A輪融資。

4、分子伴侶介導(dǎo)的自噬（CMA）

2014年Wang課題組利用CMA途徑設(shè)計(jì)出一種嵌合多肽，用于誘導(dǎo)分子伴侶介導(dǎo)的自噬。CMA靶向肽通常由兩個(gè)不同的結(jié)構(gòu)域組成：一個(gè)目標(biāo)蛋白結(jié)合結(jié)構(gòu)域（PBD）和一個(gè)CMA靶向序列。PBD片段與目標(biāo)蛋白結(jié)合，含有五肽KFERQ樣基序的CMA靶向序列可以被伴侶HSC70識別并傳遞到溶酶體表面，形成的目標(biāo)蛋白-CMA靶向肽-HSC70三元復(fù)合物與溶酶體膜上的受體蛋白相互作用，復(fù)合物通過溶酶體膜展開和易位后進(jìn)入溶酶體被降解。靶向CMA的嵌合體技術(shù)相比于其他降解蛋白技術(shù)，具有更快的降解速度、更優(yōu)的可逆性和劑量依賴性、更強(qiáng)的專一性等優(yōu)點(diǎn)。

靶向蛋白降解是藥物研發(fā)領(lǐng)域的一個(gè)新興方向，基于不同機(jī)制的各類蛋白降解劑在各自表現(xiàn)巨大潛力的同時(shí)，也形成了很好的互補(bǔ)。盡管靶向蛋白降解技術(shù)仍存在一些問題和挑戰(zhàn)，但是隨著研究的逐步深入，它們將極大地拓展降解技術(shù)的潛在應(yīng)用領(lǐng)域，為生物醫(yī)學(xué)研究和藥物研發(fā)提供強(qiáng)有力的工具。