解決“不可成藥”和“耐藥” Nature總結PROTAC發展四大趨勢

在單抗、雙抗、ADC等大分子藥物逐漸大行其道的背景下，小分子藥物借由PROTAC這一突破性新技術再度成為焦點。

經過20年的發展，PROTAC技術吸引力了眾多藥企的關注，例如輝瑞、拜耳、諾華等跨國大藥企；恒瑞醫藥、百濟神州、海思科等等國內藥企也有布局。

近日，PROTAC領域明星公司Arvinas的聯合創始人之一，耶魯大學的Craig M. Crews教授和合作伙伴聯合在Nature Reviews Drug Discovery上發表綜述，總結了 PROTAC 前20年的發展情況，并討論了未來 20 年PROTAC的四大發展方向。

PROTAC介紹

眾所周知，許多在癌癥和其他疾病中發揮著關鍵作用的靶點難以成藥，其中一些是由于活性位點寬而淺，難以與小分子橋接；還有一些則具有“光滑”的表面，幾乎沒有小分子可以結合的位點。

但隨著PROTAC技術的不斷發展，這些不可成藥的靶點也變得觸手可及。

蛋白降解靶向嵌合體技術（PROTAC），是利用雜合雙功能小分子化合物將靶蛋白和細胞內E3泛素連接酶拉近，利用生物體內泛素-蛋白酶體蛋白降解途徑特異性降解靶蛋白。藥物由3部分組成，即一端是特異性E3泛素連接酶配體，另一端是靶蛋白的特異性配體以及中間的Linker，從而組成“靶蛋白-PROTAC-E3泛素連接酶”。

與傳統小分子藥物不同的是，PROTAC藥物不需要與致病靶點緊密、長時間結合，就能將致病靶點降解。通過摧毀而不是抑制蛋白質靶點，不可成藥和耐藥性問題迎刃而解。

與目前主要的藥物開發技術相比有如下特點：

Proteinix公司的研究人員1999年遞交了基于泛素機制使用小分子化合物降解特定蛋白的專利申請。兩年之后，耶魯大學的克雷格·克魯斯（Craig Crews）和加州理工的雷蒙德·約瑟夫·德沙伊斯（Raymond Joseph Deshaies）在2001年PNAS論文報道基于多肽的雙功能小分子誘導MetAP-2蛋白降解，并正式提出PROTAC概念。但由于多肽化合物很難以進入細胞，第一代PROTACs宣告失敗。

直到2008年，Crews團隊基于E3的泛素蛋白連接酶MDM2設計出了可用于降解雄激素受體(AR)的第二代PROTACs。2015年Crews團隊則基于新型E3泛素連接酶VHL和CRBN配體設計出使多種蛋白的水平降低超過90%的新一代PROTACs。

表1.臨床開發中的PROTAC靶向蛋白降解劑

來源：參考資料

表2.臨床開發中分子膠降解劑

來源：參考資料

PROTAC未來發展的四大趨勢

過去幾年，PROTAC技術已基本成熟。作者提出，PROTAC領域的下一個里程碑將集中在以下四個方面，即確定最佳的蛋白降解靶點；擴大E3連接酶在臨床上的應用范圍；將臨床治療范圍擴展至腫瘤學以外的疾??；開發其它PROTAC模式。

1. 確定最佳的蛋白降解靶點

第一波臨床階段的蛋白質降解劑選擇的是已經過臨床驗證的成熟靶點。針對靶點開發的產品已取得了一定的成功，PROTACs 作為一種治療方式的潛力得到了驗證。然而，該技術真正的前景是讓那些不可成藥的靶點成為可能。

文章提出了“PROTAC 靶點的原則”（見下圖），包括：通過過表達、突變、聚集、異構體表達或細定位而脫離自然狀態的改變，以功能獲得性的方式導致疾??；具有E3連接酶可接近的結合表面；理想情況下，有一個能夠進入蛋白酶體的無結構區域。

對靶向治療產生耐藥性突變的蛋白質、具有骨架功能的蛋白質和其它治療模式“不可成藥”的蛋白質也可能是適合的PROTAC靶點。

PROTAC靶點的原則（來源：參考資料）

2. 擴大E3連接酶在臨床上的應用范圍

人類基因組編碼超過600種E3泛素連接酶，然而目前用于PROTAC設計的E3連接酶僅少數幾個(VHL, CRBN等)，如何拓展可用于PROTAC技術的E3泛素連接酶也是PROTAC所面臨的挑戰之一。

作者提出可以從以下幾個途徑尋找新的E3連接酶。

一種實用且有價值的途徑是尋找廣泛適用、普遍存在的連接酶，類似于 CRBN 和 VHL。它們可以與任何靶點蛋白配對，從而可以不受限制地應用于多個治療適應癥。

另一種方法是，基于連接酶具有的關鍵特征，例如組織和細胞特異性、腫瘤富集和腫瘤必要性，可以為針對特定領域的蛋白降解療法提供開發機會。有趣的是，一些連接酶表現出“反向特異性”（在特定組織或細胞類型中的低表達），這也可能對蛋白質降解劑帶來機會。

此外，精準靶向蛋白降解的另一個新前沿是特異性靶向腫瘤細胞的PROTAC分子，可以通過靶向腫瘤特異性或在腫瘤富集的E3連接酶來實現。

3. 將臨床治療范圍擴展至腫瘤學以外的疾病

到目前為止，蛋白降解劑的研究主要集中在腫瘤領域，但由于蛋白降解劑可能降解任何選擇的目標，其應用范圍可以更廣泛。事實上，近年來蛋白降解劑在腫瘤學以外的領域也在逐漸得到應用，例如在神經退行性疾病、炎癥/免疫學領域已有所突破。

在免疫檢查點抑制劑獲得成功之后，開發能夠激發抗癌免疫反應的小分子藥物是藥物開發的一個重要領域。PROTAC分子具有以小分子藥物的模式激活免疫細胞，模擬PD-1/PD-L1靶向療法效果，成為潛在“first-in-class”療法的潛力。最近，靶向MAP4K1的PROTAC分子已經表現出可喜的臨床前活性。

PROTAC分子的關鍵性特征之一是能夠降解因為沒有活性位點而不被傳統小分子抑制劑靶向的蛋白。這一特征讓在多種神經退行性疾病中積累的蛋白（比如Tau蛋白）成為潛在靶點。

4. 開發其它PROTAC模式

除了PROTAC，還有各種新穎的蛋白降解技術被開發，進一步擴展了該技術可以靶向的靶點范圍。

作者定義了三種類型的 PROTAC：傳統的小分子PROTACs，多肽或其它生物制品的PROTACs ( bioPROTACs )，以及同時包含多肽和傳統小分子“彈頭”的PROTACs ( hybrid PROTACs )。

bioPROTACs是基于基因編碼直接將肽、融合蛋白、以及寡核苷酸與 E3 連接酶融合，通過肽或蛋白識別域結合并降解目標蛋白。由于 BioPROTAC 依賴于基因編碼，因此存在一定的局限性。

結語

文章指出，過去20年皆為序幕，靶向蛋白降解領域已經“整裝待發”，挑戰此前被認為“不可成藥”的靶點。雖然截止目前還沒有一款被FDA通過的藥物，但通過20多年的技術積累PROTAC終將迎來屬于他的時代。