靶向蛋白質降解（TPD）旨在重新編程泛素-蛋白酶體系統的目標特異性，以誘導治療性蛋白的選擇性泛素化和降解。自20多年前提出以來，TPD主要由于雙功能蛋白降解嵌合體（PROTACs）的設計改進和對分子膠降解劑潛在機制的理解而受到廣泛關注。如今，PROTACs正處于首次臨床批準的邊緣，而對結構和機制的理解再結合新的技術，有望解鎖蛋白質降解劑的設計。與此同時，隨著新降解模式的發現，TPD領域正以創紀錄的速度擴張，超越了分子膠降解劑和PROTACs。近期，Natu re Reviews Cancer期刊上公布了一篇名為“Targeted protein degradation for cancer therapy”的綜述性文章，在文章里，作者總結了該領域的最新進展，重點關注了新發現的降解模式、癌癥治療中臨床降解候選藥物的現狀以及即將到來的設計方法。

文章標題

內容要點

• 泛素-蛋白酶體系統介導的蛋白質降解通過細胞內機制和外部刺激在多個層面受到高度調控。

• 藥物干預通過重新編程E3泛素連接酶和蛋白酶體來增強、減少或改變選定蛋白的降解，從而利用并模仿這些機制。

• PROTACs使用專門的配體分別結合目標蛋白和E3連接酶，以誘導它們的接近、泛素轉移和有效的蛋白降解。

• 分子膠降解劑增強E3連接酶和目標蛋白之間預先存在的表面互補性，以誘導穩定的三元復合物的形成、泛素化和降解。

• 新的降解策略，如分子內雙價膠或模板輔助的共價降解尾，擴展了靶向蛋白降解的應用范圍，并模糊了既定模式之間的界限。

• 靶向蛋白降解的成功為其他基于接近誘導的模式鋪平了道路，例如蛋白重定位或轉錄和表觀遺傳重編程。

UPS系統

UPS系統機制示意圖

泛素-蛋白酶體系統（Ubiquitin-Proteasome System,UPS）：是細胞內主要的蛋白質降解途徑，負責細胞內80-90%的蛋白質降解。它不僅參與舊的、受損的或錯誤折疊的蛋白質的清除，還在細胞周期調控、信號轉導、基因表達、應激響應等多種細胞過程中發揮關鍵作用。

核心組成：U PS系統的核心組成部分包括泛素（Ubiquitin）、E1泛素激活酶、E2泛素結合酶和E3泛素連接酶，以及蛋白酶體（Proteasome）。

泛素化過程：泛素化是一個三步級聯反應，涉及（1）激活：泛素被E1泛素激活酶激活。（2）結合：激活后的泛素轉移到E2泛素結合酶。（3）連接：E2酶將泛素共價連接到目標蛋白上，這一過程由E3泛素連接酶催化。

蛋白質降解：被泛素化的蛋白質被蛋白酶體識別并降解。蛋白酶體由多個亞基組成，形成一個封閉的桶形結構，內部是蛋白水解室。只有被泛素標記的蛋白質才能進入蛋白酶體的水解室進行降解。降解后的短肽被釋放到細胞質中，進一步被細胞內的其他酶分解為氨基酸，用于蛋白質的合成 。

調控機制：UPS系統具有高度的選擇性和調控性。E3泛素連接酶的特異性決定了目標蛋白的選擇。細胞內有超過600種不同的E3連接酶，每種都能識別特定的目標蛋白。此外，UPS系統還通過多種翻譯后修飾（PTMs）和調節蛋白進行調控，確保蛋白質降解的精確性和高效性 。

生理和病理意義： UPS系統在維持細胞穩態、調控細胞周期、應激響應等方面發揮重要作用。例如，缺氧誘導因子-1α（HIF-1α）在有氧條件下被E3連接酶VHL泛素化并降解，而在缺氧條件下，HIF-1α積累并啟動轉錄反應。在病理狀態下，UPS系統的失調與多種疾病相關，如癌癥、神經退行性疾病和自身免疫性疾病。因此，UPS系統已成為藥物研發的重要靶點，例如蛋白酶體抑制劑硼替佐米和卡非佐米已被用于治療多發性骨髓瘤。

總之，UPS系統是一個復雜而精細的蛋白質降解機制，對細胞的正常功能和疾病的發生發展具有深遠影響。

PROTAC和分子膠

PROTACs和分子膠降解劑實現的靶向蛋白質降解

PROTACs和MGDs（分子膠降解劑）是TPD領域的兩種主要技術，它們通過誘導目標蛋白的降解來實現治療效果。

PROTACs：是一種異雙功能化合物，由兩個獨立的配體通過化學連接子連接而成。其中一個配體結合目標蛋白，另一個配體結合 E3 泛素連接酶。通過這種設計，PROTACs 能夠將目標蛋白和 E3 連接酶拉近，形成一個三元復合體，從而促進目標蛋白的泛素化和隨后的蛋白酶體降解。

PROTACs 的設計通常遵循“即插即用”策略，利用已有的目標蛋白和 E3 連接酶配體。其目標范圍廣泛，目前針對多種重要癌蛋白（如雌激素受體、表皮生長因子受體等）的降解劑正在臨床開發中。由于某些目標蛋白更容易通過特定的 E3 連接酶降解，因此尋找高親和力配體以擴展可用的 E3 連接酶種類成為研究重點。

MGDs： 是一種單價化合物，通過增強目標蛋白和 E3 連接酶之間的相互作用來促進目標蛋白的降解。與 PROTACs 不同，MGDs 通常不直接結合目標蛋白或 E3 連接酶，而是通過結合目標蛋白的相互作用子或改變目標蛋白的構象來增強其與 E3 連接酶的結合親和力。這種機制類似于“分子膠”，能夠增強兩個蛋白之間預先存在的表面互補性和內在結合親和力。

MGDs 的作用機制較為復雜，大多數已知的 MGDs 是免疫調節亞胺類藥物（IMiDs）的衍生物，如沙利度胺、來那度胺和泊馬度胺。這些化合物能夠誘導多種目標蛋白的降解，包括 C2H2 鋅指蛋白和非鋅指蛋白。MGDs 的合理設計較為困難，目前大多數 MGDs 是通過大規模篩選偶然發現的。

總之，PROTACs 和 MGDs 都是通過誘導目標蛋白的泛素化和降解來實現治療效果，但它們的作用機制和設計策略有所不同。PROTACs 通過直接將目標蛋白和 E3 連接酶拉近來促進降解，而 MGDs 則通過增強兩個蛋白之間的相互作用來實現降解。這兩種技術在癌癥治療中具有巨大的潛力，目前都在積極的臨床開發中 。

新型降解劑

新型降解劑模式

• 間接降解劑：通過將目標蛋白的相互作用子與E3連接酶結合，而不是直接將目標蛋白與E3連接酶結合。例如，CR8通過將CDK12招募到Cullin RING E3連接酶適配器DDB1上，使細胞周期蛋白K（Cyclin K）處于適合泛素化的位置，從而促進其降解。這種間接機制為降解那些難以直接靶向的蛋白提供了新的思路。

• 內部分子雙價膠（IBGs）：IBGs通過橋接目標蛋白的兩個結構域，將它們排列成一種增強與E3連接酶相互作用的構象。例如，IBG1通過結合BRD4的兩個溴結構域（BDs），增強了BRD4與DCAF16之間的相互作用，從而促進BRD4的降解。這種設計不僅提高了降解效率，還展示了通過調節蛋白構象來增強降解潛力的新方法。

• 降解尾（Degradation Tails）：通過在非降解配體上添加特定的化學基團，將其轉化為高效的降解劑。例如，GNE-0011通過添加一個溫和的電philic丙炔胺尾部，能夠誘導BRD2和BRD4的降解。這種策略為設計新型降解劑提供了靈活的化學修飾方法，有望應用于多種目標蛋白。

• 核激素受體降解劑（SERDs）：通過置換雌激素受體（ER）的第12螺旋，破壞ER輔激活因子的募集，從而誘導ER的降解。例如，氟維司群（Fulvestrant）通過RNF111觸發ER的降解，而其他具有丙烯酸側鏈的SERDs則通過UBR5增強ER的內源性周轉。這些SERDs為治療雌激素受體陽性乳腺癌提供了新的選擇。

• SUMO依賴性降解：一些化合物通過誘導目標蛋白的SUMO化，使其被SUMO靶向泛素E3連接酶（STUbLs）識別并降解。例如，WRN抑制劑HRO671通過誘導WRN解旋酶結構域D2相對于D1的180°旋轉，將其鎖定在一種緊湊的、不活躍的構象中，從而被SUMO E3連接酶PIAS4和STUbL RNF4識別并降解。這種機制為降解那些難以通過傳統方法靶向的蛋白提供了新的途徑。

總之，這些新型降解劑通過創新的機制和設計，擴展了TPD的應用范圍。這些降解劑不僅提高了降解效率，還展示了通過調節蛋白構象、化學修飾和SUMO化等方法來增強降解潛力的新思路。

TPD的臨床優勢

臨床優勢

靶向蛋白質降解（TPD）是一種新興的治療策略，它通過選擇性地降解疾病相關蛋白來實現治療效果。與傳統的抑制劑相比，TPD具有多項臨床優勢：

• 高選擇性：TPD通過誘導目標蛋白與E3泛素連接酶的結合，實現對特定蛋白的降解，減少了對非目標蛋白的影響，從而提高了治療的選擇性和特異性。

• 強效力：TPD能夠完全降解目標蛋白，徹底消除其功能，比傳統抑制劑的部分阻斷更為有效，可實現更持久和深入的治療效果。

• 低劑量：由于TPD的催化作用機制，它們可以在亞化學計量比的劑量下工作，這意味著可以使用較低的劑量來實現治療效果，從而減少副作用。

• 克服耐藥性：TPD可以降解因突變而對抑制劑產生耐藥性的蛋白，為治療耐藥性疾病提供了新的策略。

• 寬治療窗口：TPD的低劑量和高選擇性可以擴大治療窗口，使更多患者受益，同時減少給藥頻率，提高患者依從性。

綜上所述，TPD的高選擇性、強效力、低劑量和克服耐藥性的能力，使其在臨床治療中具有顯著的優勢，為癌癥等疾病的治療提供了新的希望。

公眾號內回復“ADC”或掃描下方圖片中的二維碼免費下載《抗體偶聯藥物：從基礎到臨床》的PDF格式電子書！

公眾號已建立“小藥說藥專業交流群”微信行業交流群以及讀者交流群，掃描下方小編二維碼加入，入行業群請主動告知姓名、工作單位和職務。