小分子药物研发的利器之PROTAC

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始于2001年的PROTAC技术的发展及兴起意味着小分子药物研发蛋白抑制时代即将逝去，蛋白降解时代已经悄悄来临。该技术可以利用细胞自身的蛋白质破坏机制来从细胞中去除特定致癌蛋白，是一种靶向治疗的替代方法。此外研究者们在临床前动物实验中发现PROTAC可降低小鼠大脑中的tau蛋白，将其tau蛋白质降解剂直接注入小鼠海马体后，将tau水平降低了50%。该疗法有别于传统的“靶点占据式”的抑制剂疗法，它通过催化降解靶蛋白的方式来调低靶蛋白活性，由于靶蛋白的生物重新合成较慢，这一方式可以大大减缓靶蛋白活性的恢复，它对于小分子药物研发也有着巨大的应用潜力。

1、小分子PROTAC的研发

在抗癌药物研发方面，PROTAC技术具有优于经典抑制剂的独特优势。在小分子药物亟需创新的现在，PROTAC技术可谓是一个利器，DNA编码技术显著扩大小分子化学空间、PROTAC令药物理论上可在药物催化剂量下产生疗效。

（1）PROTAC小分子研发初探

最早的报道是2008年，利用MDM2与P53的小分子抑制剂来自罗氏的Nutlin3，连接到E3 连接酶MDM2来降解雄激素受体。细胞活性浓度达到微摩尔，后来经过多番尝试，仍旧不能进一步有效提高其细胞活性。接下来是基于cIAP1 E3连接酶的PROTAC技术，利用cIAP1抑制剂bestatin，交联多个目标靶点的小分子，包括ER、AR、ATRA、TACC3 等。但由于bestatin本身选择性不高，活性也欠缺，多个嵌合的PROTAC小分子活性均不够高，尚没有候选物进入临床前动物实验。

2010年，Handa及其同事的研究发现E3连接酶Cereblon(CRBN)为沙利度胺蛋白质的主要靶点。考虑到邻苯二甲酰亚胺结合CRBN的能力，Crews实验室和其他人试图利用邻苯二甲酰亚胺作为E3连接酶募集配体来劫持CRBN以降解目标蛋白质。小分子BRD4结合部分(OTX015)与Pomalidomide的缀合产生能够在皮摩尔效能下降解表观遗传调节物BRD4的PROTAC。

与BRD4抑制剂JQ1和OTX015相比，基于CRBN的PROTAC通过抵消已知与BRD4抑制相关的的反馈BRD4表达增加，从而能够更持久地抑制c-myc的表达水平。在细胞水平，这种持续抑制导致了对Burkitt's淋巴瘤细胞系优异的抗增殖和凋亡作用。在一个研究中，BRD4抑制剂JQ1与沙利度胺衍生物结合，由此产生的PROTAC，称为dBET1，能够在低纳摩尔浓度下诱导BRD4降解。对此PROTAC的蛋白质组学研究表明该化合物显着降低了c-myc、BRD2、BRD3和BRD4水平，同时具有较小的脱靶降解效应。

dBET1在白血病的动物模型中也显示良好的活性，临床前模型中的药理学也令人鼓舞，为人体临床实验奠定了基础。美迪西药理学服务部门经过多年的经验累积，多方验证和长期实践考验，已经建立了完善的动物模型库，可根据客户的需求提供各种有效的动物模型，用来检测药物的有效性。实验动物有非人灵长类动物、犬、大小鼠、兔、豚鼠、小型猪等种类。

除了基于CRBN的PROTAC之外，研究人员还开发了皮摩尔的基于VHL的pan-BET-靶向PROTAC，其与BET抑制剂相比表现出优异的抗细胞增殖活性。 pan-BET-靶向PROTAC也显示出针对22RV-1CRPC小鼠异种移植物的活性，因此扩大了PROTAC技术在实体瘤恶性肿瘤中的应用。

（2）PROTAC小分子研发突破

用小分子化合物取代VHLE3连接酶的结合肽段HIFa-1。突破发生在2015年，终于得到了纳摩尔细胞活性的PROTAC小分子，用来降解雌激素相关受体α (ERRα)，RIPK2等。体内临床前动物实验显示，ERRα的降解可以发生在心脏、肾脏和肿瘤异种移植物中，大约40%的靶标蛋白能够被降解。

目前，PROTAC主要用于发现新的抗癌剂，因为它们具有优于经典抑制剂的独特优势。Arvinas公司将开始为使用ARV-110治疗前列腺癌患者的1期临床试验招募患者。ARV-110是一款双功能分子，分子的一端可以与靶标结合——对于这种在研疗法来说是雄激素受体（AR）。而它的另一端可以与E3泛素连接酶结合。连接酶可以为靶标“贴上”泛素的标签，让靶标蛋白被运送到细胞的蛋白酶体进行降解。

PROTAC是一种特殊的蛋白降解技术。蛋白降解靶向嵌合体（PROTACs）使用一个Linker，一端连接目标蛋白的抑制剂，另一端连接E3泛素连接酶的结合配体分子。PROTAC代表了一种化学敲低策略，将目标蛋白与E3连接酶拉拢，使得E3可以泛素化标记目标降解蛋白，然后通过蛋白酶体降解目标蛋白，这能有效规避传统小分子药物的短板，有着巨大的应用潜力。

PROTAC在很大程度上是结合了小分子化合物和小分子核酸的优点。即可以有效地靶向目标蛋白，又可以将之降解清除，具有非常丰富的想象与发展空间。PROTAC理论上只需要催化量的药物，也可以在蛋白表达、修饰后选择性降解同一基因表达的不同蛋白，所以存在一定理论上优势。

然而PROTAC技术也具有一些缺点，由于这类药物是双靶点药物所以分子量、分子刚性、水溶性都不甚理想，所以口服吸收和过膜性都会较差，PROTAC分子通常很大，PK是一个主要障碍。此外PROTAC作为更为彻底靶标蛋白降解者，可能会误伤到其它脱靶蛋白，即使是以前验证过的靶点，会不会带来更为严重的毒性，需要在未来的临床实验中密切监测。

PROTAC技术还存在一个隐患是降解的脱靶效应在临床前试验的毒性筛选中不易检测、跟踪，增加了药物后期开发中的风险。另外这个技术显然只对需要抑制的蛋白有效，对于发现激动剂则无用武之地。

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