前 言

传统幼分子药物的发现重要集中在直接影响蛋白职能的结合位点或者变构位点上，然而，这种步骤通常无法靶向那些不足活性位点的蛋白，或活性位点是宽而浅的结合口袋而难以被幼分子结合
。因而，这类难以被传统幼分子靶向的蛋白通常被称为“不成成药”靶点
。人类蛋白质组蕴含约莫20000种蛋白，但只有不到 1000种蛋白被验证为药物靶点，据估计，由于不足明确的配体结合口袋，约80%的疾病有关蛋白无法通过传统药物进行有效过问
。

蛋白降解靶向嵌合体 (Proteolysis Targeting Chimera, PROTAC)，是一种新兴的医治方式，它利用细胞的天然蛋白质降解机造，即泛素-蛋白酶体系统 (UPS) ，选择性地靶向降解疾病发病机造中的有关蛋白，从而可能调节传统幼分子难以靶向的“不成成药”靶点
。因而，PROTAC分子的概想自2001年初次报路以来，受到了学术界和工业界的宽泛关注，经过PROTAC设计的屡次创新和临床前模型的严格评估，首批PROTAC分子ARV-110、ARV-471于2019年进入临床钻研
。目前，全球共有近40个PROTAC分子已核准临床试验，涉及肿瘤和自身免疫疾病等适应症
。其中，最前沿的PROTAC分子ARV-471于2022年底启动了临床III期试验
。

PROTAC的作用机造与优势

PROTAC是由两个通过衔接子 (Linker) 衔接的配体组成的异双职能幼分子降解剂：一个配体招募并结合指标蛋白 (POI) ，而另一个配体招募并结合E3泛素衔接酶
。PROTAC同时结合POI和衔接酶，通过形成E3-降解剂-POI三元复合物诱导POI的多泛素化，并随后被26S蛋白酶体降解，之后PROTAC分子将被回收利用，以靶向POI的另一个副本
。

泛素-蛋白酶体系统^[1]

PROTAC介导的指标蛋白降解机造^[1]

与传统的幼分子药物相比，PROTAC有几个潜在的优势，蕴含：

1) 传统幼分子药物的钻研通常集中在开发高亲和力抑造剂上，这些抑造剂通常靶向蛋白的活性位点，或者靶向蛋白的变构位点，以关关POI的职能（“占位驱动”药理学）
。然而，在很多情况下，幼分子抑造剂必要和POI的天然底物竞争性结合，难以达到和维持有效抑造POI所必须的高部门药物浓度
。PROTAC的作用机造不是影响蛋白的职能，而是介导靶蛋白的降解（“事务驱动”药理学），不必要强作用于活性位点，只必要介导POI与E3泛素衔接酶的短暂相互作用，诱导E3-降解剂-POI三元复合物的形成，从而靶向一些传统上以为的“不成成药”靶点
。

2) 传统幼分子抑造剂必须维吃熹部门的高浓度能力阐扬医治作用，而持久、高剂量的药物露出可能增长某些不良反映的风险，并引起累积毒性
。而PROTAC“事务驱动”的作用模式，其循环催化能力使其可能催化多个POI的降解，因而可能在亚化学计量浓度下达到POI降解的主张，只必要比力低的剂量就能达到和维吃熹药效
。此表，由于PROTAC催化并且不成逆地降解致癌蛋白，PROTAC拥有更悠久的医治成效
。

3) 持续使用幼分子抑造剂医治也可能诱导靶蛋白的突变及耐药性
。由于短暂的靶蛋白接触足以使POI降解，PROTAC很可能不太容易受到warhead结合亲和力降低的突变的影响，因而，PROTAC有可能克服此类幼分子药物耐药性的问题
。

2 PROTAC的发展过程

自PROTAC概想于2001年由Sakamoto等人初次颁发以来，已经获得了很多沉要发展
。对肽衍生的PROTAC降解剂、以及免疫调节亚胺药物（IMiD）作为分子胶将底物衔接到E3衔接酶的发现，为高效的幼分子PROTAC的发现和开发奠定了基础
。

在从前的几年里，蛋白降解领域经历了爆炸式的增长，合理设计的靶向蛋白降解剂作为潜在医治药物的时期始于2019年，两种PROTACs进入初次人体试验：ARV-110 （NCT03888612）和ARV-471（NCT04072952），别离靶向雄激素受体（AR）和雌激素受体（ER）
。目前，是靶向蛋白降解的初始转化阶段，在这个阶段，设计用于降解致病蛋白的多种分子在进入临床，有望可能为患者提供临床益处
。

PROTAC发展的关键进展功夫表^[2]

3 PROTAC的临床钻研进展

自2019年两种幼分子PROTAC降解剂进入临床试验后，很多其他幼分子PROTAC也陆续进入临床钻研，重要用于肿瘤的医治钻研，此表还涉及免疫炎症性疾病、神经退行性疾病等适应症
。截至目前，国内表共有近40个PROTACs已进入了临床钻研阶段，钻研较多的靶点蕴含AR、ER、BTK、EGFR、IRAK4等
。然而，只管有很好的临床前钻研成就，很大一部门PROTAC在推动人体临床试验过程中也遇到了挑战，目前还没有PROTAC获批上市
。

全球PROTAC管线临床研发进展

4 PROTAC的设计

PROTAC的根基化学组成蕴含：结归并招募E3衔接酶的E3配体、结合POI的配体和衔接E3和POI配体的Linker
。

PROTAC的设计，重要从如下几个方面思考：

(1) 靶点选择 

凭据PROTAC怪异的、“事务驱动”的作用机造，靶点的选择通Ｄ芄徊慰既缦6项准则：

1) 经典的“不成成药”靶点
。传统上“不成成药”靶点，如KRAS、信号传导及转录激活蛋白3 (STAT3) 等，已有报路成功地使用蛋白降解剂进行了降解
。

2) 耐药突变靶点
。肿瘤靶向医治的耐药性通常是由于突变导致的，这些突变或者侵害了传统幼分子抑造剂与靶蛋白的结合和/或导致靶蛋白的过度表白（准则3），以至于药物不能再获得足够的疗效
。PROTAC能够成功地靶向这类靶蛋白，如BTK的C481S突变，BTK中的C481S突变阻止了临床上BTK抑造剂的共价结合活性，但这些抑造剂的弱非共价结合亲和力足以衍生为活性PROTAC
。

3) 基因扩增和/或蛋白过表白
。如转移性去势抵抗性前列腺癌 (mCRPC) 对雄激素受体 (AR) 的持续依赖，由抗雄激素医治的突变和过表白驱动，再加上该靶点已知的临床有效性，因而，临床钻研中的PROTAC好多选择AR作为靶点
。

4) 拥有分歧异构体表白或定位的靶点
。由于蛋白家族中异构体结合位点的高度同源性，用幼分子抑造剂实现异构体选择性拥有肯定的挑战性，而钻研发现即便选择非选择性靶蛋白结合配体设计的PROTAC，也可能阐发出异构体的特异性降解，例如从双沉CDK4/6抑造剂中开发出选择性CDK4或CDK6降解剂
。

5) 脚手架蛋白
。脚手架蛋白通过招募其他蛋白形成复合物而转导信号，而不是通过自身的催化活性来阐扬其职能，因而很难用传统的幼分子直接靶向
。然而，这类蛋白能够用蛋白降解剂靶向
。

6) 蛋白荟萃
。蛋白质荟萃与神经退行性疾病有关，蕴含阿尔茨海默病和帕金森病，蛋白降解步骤也在这一领域进行索求
。

(2) E3衔接酶的选择

为了设计有效的PROTAC，关键是要选择对E3衔接酶拥有足够结合亲和力的E3配体，并且在不影响其泛素化活性的情况下招募职能活跃的E3衔接酶，然而这种E3配体的可用性是有限的
。在人类基因组中编码了600多种E3衔接酶，迄今为止只有约莫10种E3衔接酶被成功能于靶向蛋白降解
。

目前，靶向蛋白降解剂宽泛使用的两种E3衔接酶是 von Hippel-Lindau (VHL) 和cereblon (CRBN) ，重要原因蕴含：首先，VHL和CRBN能够使用现有的、容易获得的幼分子结合配体，且拥有适合Linker衔接的结构位点
；其次，VHL和CRBN能够矫捷不变地降解各类靶蛋白
；第三，VHL和CRBN的表白相对普遍，可能实现高水平的系统性蛋白降解
。

常用的基于沙利度胺的CRBN配体和可能的Linker衔接方式^[3]

常用的VHL配体和可能的Linker衔接方式 ^[3]

除了CRBN和VHL之表，其他常见的E3配体还蕴含IAP及MDM2，E3衔接酶的新配体的发现和开发也在进行中，如RNF4、RNF114、DCAF16、KEAP1、DCAF11和FEM1B等
。由于不加分辨的系统性靶蛋白降解可能导致不成接受的毒性和相对狭幼的医治指数，组织特异性或肿瘤特异性E3衔接酶的配体开发受到越来越多的关注
。通过靶向肿瘤特异性E3衔接酶，特异性地降解肿瘤组织中有关蛋白，准则上能够提高PROTAC的耐受性
。

(3) POI配体设计

POI配体的选择对于PROTAC的成功设计也是至关沉要的
。通常，选择POI配体的溶剂露出区域作为Linker衔接位点，以尽量削减Linker和E3配体对PROTAC-POI结合的滋扰
。

PROTAC的设计可利用已报路的靶蛋白结合配体，这些配体最初被设计为靶蛋白抑造剂
。随着对新的靶蛋白降解的索求，出格是传统的“不成成药”靶点，鉴别新的靶点-蛋白结合配体的需要增长
。DNA编码库 (DEL) 技术是一种可用的蛋白降解剂的配体鉴定和开发的步骤，DEL技术筛选的道理中，配体结合位点和蛋白职能活性无关，且在没有更多的结构支持的情况下，可能提供一种潜在的Linker衔接位点（即DNA条码象征位点）
。DEL技术在发现新的分子胶降解剂、E3衔接酶配体等方面也有潜在的用处
。

(4) Linker设计

靶蛋白与E3衔接酶配体之间使用的Linker类型和长度是至关沉要的，通常使用分歧长度的烷基或聚乙二醇 (PEG) Linker，以确定靶蛋白和E3衔接酶之间的最佳距离
。由于蛋白之间的空间位阻，Linker太短会阻止高效三元复合物的形成
；太长的Linker可能会使三元复合物失去蛋白降解活性
。在某些情况下，Linker在三元复合物中不只起到衔接作用，还能够与蛋白表表形成接触
。

一些钻研已经证明，Linker的构象约束能够通过降低自由度或锁定生物活性构象来进一步提高活性
。构象限度性Linker已被开发用于系列SMARCA2/4降解剂、AR降解剂、及ER降解剂ARV-471等
。此表，还可通过Linker的结构设计，来调节PROTAC的药代动力学性质
。

5 PROTAC药物开发的难点与挑战

固然PROTAC拥有刷新药物发现领域的潜力，然而，由于其结构个性的固出缺点，对PROTAC的临床转化组成了沉大挑战，限度了其临床利用：

1) 由于E3泛素衔接酶在正常组织和疾病部位的非选择性表白，导致PROTAC的脱靶活性，从而可能引起副作用的产生
。

2) PROTAC分子量（>800 Da）相迸宗传统幼分子药物要更大，通常水溶性较差，往往导致较低的生物利用度
。

3) PROTAC的高极性表表限度了分子的渗入性，极大地故障了PROTAC分子透过细胞膜和生理樊篱
。

4) 细胞内较高浓度的PROTAC偏差于形成POI-降解剂的二元复合物，而不是形成三元复合物，产生Hook效应，从而降低靶蛋白的降解活性，并故障了其体内剂量的合理设计
。

PROTAC的重要局限性 ^[4]

6 新一代PROTAC

固然通过结构建饰有望克服PROTAC的某些限度，但同时优化其理化性质以可能有效地在体内利用，这是一个巨大的挑战
。新一代PROTAC的设计可能解决这些难题，而不是仅仅依赖于过度的化学优化
。这类新一代PROTAC在特定组织受到表源性或内源性刺激后，复原POI降解的职能，而在其他组织维持无活性状态，从而有望实现高度靶向医治，削减副作用
。

例如：
(1) 点击开释性PROTAC (Click-release PROTAC)
(2) 酶响应性PROTAC (Enzyme-responsive PROTAC)
(3) 谷胱甘肽响应性PROTAC (GSH-responsive PROTAC)
(4) 低氧响应性PROTAC (Hypoxia-responsive PROTAC)
(5) 光激活性PROTAC (Photo-activatable PROTAC)
(6) 辐射响应性PROTAC (Radiation-responsive PROTAC)
(7) 活性氧响应性PROTAC (ROS-responsive PROTAC) 等

? 点击开释性PROTAC的开发 ，有望克服传统PROTAC分子量较大的限度，然而，由于每个前体分子阐发出分歧的PK性质，必要思考这些前体的体表反映活性和相宜的分子比例
。

? 光激活性PROTAC的一个重要限度成分是紫表光不足足够的组织穿透能力，这故障了这些光激活PROTAC前药的开发和利用
。为相识决这个问题，科研人员索求开发了一种在实体肿瘤中激活PROTAC前药的代替战术，利用内源性特点，如缺氧、GSH和ROS等水平升高来激活PROTAC，以实现精准的蛋白降解
。

固然这些步骤拥有较大开发潜力，但在PROTAC前药设计中必要设计额表的响应部门，不成预防线导致PROTAC分子量的增长，这可能会给它们的成药性带来新的挑战
。

新一代PROTAC设计中使用的战术^[4]

配体建饰 

新一代PROTAC还可通过配体建饰，从而选择性靶向特定细胞，如叶酸 (Folate-targeting PROTAC) 、抗体 (Antibody-PROTAC conjugate) 和适配体 (Aptamer-PROTAC conjugate) 等
。

由于这类配体建饰的PROTAC，可能选择性地结合癌细胞表表表白的特定受体或生物分子，有效地将降解剂特异性地输送到肿瘤组织，最大限度地削减对健康组织的露出，因而已成为肿瘤细胞靶向蛋白降解的潜在医治药物
。

然而，设计有效的配体建饰PROTAC前药必要仔细思考几个成分：
? 选择相宜的配体，对其靶受体阐发出高亲和力和选择性，是实现最佳医治成效的关键
；
? 确保循环不变性，预防在达到病变组织之前过早降解或失落活性
；
? 合理的配体设计，推进有效开释活性PROTAC内化到癌细胞
。
总之，必要仔细节造开释的功夫和水平，以最大限度地提高医治成效，同时尽量削减潜在的不良反映
。

纳米颗粒递送系统

此表，纳米颗粒递送系统也可能成为一种有效的代替战术，如调节PROTAC的水溶性、细胞渗入性和改善体内药代动力学性质，以及加强PROTAC在病变组织中的堆集，减轻蛋白质降解剂的组织表靶向副作用，以达到更好的医治成效
。用于药物递送的纳米颗粒大体可分为有机纳米颗粒和无机纳米颗粒，有机纳米颗粒进一步分为聚合物纳米颗粒和脂质纳米颗粒
。

只管拥有很大的潜力，PROTAC纳米颗粒递送系统依然面对着一些限度其宽泛利用的挑战：

? 确保药物递送系统中使用的载体资料的生物相容性，应仔细评估和选择在体内使用安全且不会引起不良反映或毒性的资料, 在优化成效的同时确保其副作用在可接受的领域内
；

? 另一个沉要的思考成分是质量节造的靠得住性，由于这些递送系统涉及复杂的配方和工艺，因而在整个出产过程中成立健全的质量节造措施至关沉要
；

? 额表的载体资料和药用辅料可能会增长PROTAC的出产成本，应评估出产工艺的放大可行性和成本效益，以确保有效的大规模出产而不影响产品质量
。

总结与瞻望

PROTAC降解剂的开发在从前的几年中得到了迅速发展，蕴含从药物化学设计和结构优化，到临床前尝试的活性评估，再到临床钻研的验证
。临床前数据的报路，有力地证了然PROTAC对其靶点的特异性，以及抑造肿瘤成长的活性
。此表，临床前数据批注，蛋白降解剂对幼分子抑造剂医治后产生的耐药性突变拥有活性
。只管还不足足够临床数据，但PROTAC已显示出对晚期前列腺癌、乳腺癌或慢性淋巴细胞白血
。–LL）患者的疗效，蕴含别离拥有AR、ER和BTK耐药突变的患者
。PROTAC分子的疗效和安全性，在更大的患者群体中进行索求是极度有必要且有益的
。

由于PROTAC钻研较多及前沿的靶点，蕴含靶向AR、ER或BTK的ARV-110、ARV-471和NX-2127等，这些靶点此前已在疾病的发病机造中验证了其作用，下一步的关键是要确定PROTAC技术是否可能真正实现经典的“不成成药”靶点的降解
。好比，目前在临床I期钻研中的STAT3降解剂KT-333、KRAS G12D 降解剂ASP-3082，别离用于复发和/或难治性淋巴瘤和晚期实体瘤、晚期KRAS G12D 突变实体瘤患者的医治
。除了在癌症的医治利用，PROTAC技术也可用于靶向参加其他疾病发展的蛋白，例如靶向IRAK4降解用于自身免疫性疾病的医治，从而提供更广的医治潜力
。

此表，蛋白降解剂的靶向递送，可能实现最大限度地削减全身递送的潜在毒性
。目前，已经报路的各类递送系统，蕴含抗体-PROTAC偶联物等，能够在肿瘤中被光、叶酸或活性氧等选择性激活，以实现PROTAC的靶向递送
。

只管PROTAC在临床前和临床中都显示出医治潜力，但PROTAC的开发也面对着挑战，如患者是否会对蛋白降解剂产生耐药性
。目前，临床前的钻研报路有限，迄今为止的大无数蛋白降解剂耐药性的产生是通过影响泛素-蛋白酶体系统的扭转，例如E2泛素结合酶的职能失落、E3泛素衔接酶的组分或E3衔接酶活性的调节因子，而不是靶蛋白的扭转
。一项临床前钻研显示，药物表排泵MDR1的上调是对蛋白降解剂产生耐药性的机造之一
。必要对持久使用蛋白降解剂医治的患者进行评估，以确认临床前观察到的耐药机造是否也会产生在临床中
。

总而言之，在从前的二十年里，PROTAC经历了从尝试室到临床钻研的漫长旅程，在2019年初次进入临床开发，初步临床数据的了局批注PROTAC拥有效于癌症医治的潜力，更多关于PROTAC的临床钻研在进行中
。除了PROTAC之表，其他靶向蛋白降解技术也在开发，蕴含同样基于泛素-蛋白酶体系统的分子胶、及基于溶酶体系统的溶酶体靶向嵌合体 (LYTAC) 和自噬靶向嵌合体 (AUTAC) 等，这些技术扩大了TPD的领域，为疾病的医治提供了辽阔的远景
。

参考文件：

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雄激素受体PROTAC降解剂的体表血浆不变性钻研
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