蛋白靶向降解技術研究進展

作者：張新

當前研發的藥物作用方式多是通過抑制或者增強靶標蛋白的活性來達到疾病治療的目的。然而，這些藥物要與靶點蛋白的活性位點結合才能發揮作用，在已知的藥物靶點蛋白中，含有可結合活性位點的靶點蛋白只占20%左右，80%的靶點蛋白為不可成藥靶點。如何通過作用于絕大多數的不可成藥靶點來開發藥物成為許多公司的研發重點，當前研究最多的是利用核酸藥物或基因治療的手段，對這些靶點的基因水平進行控制，以達到控制靶點蛋白水平的目的。

近些年，基于細胞內蛋白降解途徑來進行蛋白降解，開發蛋白靶向降解技術成為藥物研發新的熱門方向。蛋白降解技術的研究使得許多已知的不可成藥靶點成為可成藥靶點，并有望克服耐藥性問題。蛋白靶向降解技術的研究主要是用于去除特定腫瘤蛋白，在自身免疫疾病等治療方面的研究也取得了較大的突破。

細胞內蛋白降解途徑主要有溶酶體途徑和泛素-蛋白酶體系統（ubiquitin - proteasome system , UPS）。其中，泛素-蛋白酶體系統是體內蛋白降解的主要途徑，體內80%的蛋白通過該途徑降解。因此，蛋白降解技術相關的研究也主要圍繞此途徑開展，相關項目進展也更快。

01 基于泛素-蛋白酶體系統研究技術

圖1：蛋白泛素化降解過程

作者：Thomas Cerny

來源：ResearchGate，侵刪

1、PROTAC：蛋白降解靶向嵌合體（Proteolysis-Targeting Chimera），是當前最為熟知、研究也最多的一種基于泛素-蛋白酶體系統的蛋白降解技術。PROTAC一般由三部分組成：靶點蛋白結合配體、E3連接酶結合配體、以及鏈接兩者的Linker。PROTAC通過自身的兩個配體分別與靶點蛋白和E3連接酶結合，將兩者連接到一起，從而啟動泛素化過程來降解蛋白，釋放的PROTAC會繼續重復下一個蛋白的降解過程。

圖2：PROTAC作用機理

來源：網絡，侵刪

PROTAC技術的發現，吸引了眾多科研機構開展相關研究，一批研究較早并取得了一定成果的研究人員開始創業，各大龍頭藥企也通過各種方式加緊布局。為推動項目的研究進度，大量資本不斷注入，在今年7月22日，輝瑞與Arvinas就共同開發和推廣AVR-471的合作達到了24億美元。

表1：PROTAC企業重大對外合作項目

來源：火石創造根據公開資料整理

2、分子膠：是除PROTAC技術以外，泛素-蛋白酶體系統另一種研究比較多的技術，這類技術是通過特異性的介導蛋白與蛋白相互作用，來拉近E3泛素連接酶與靶點蛋白之間的距離，實現蛋白泛素化降解的小分子。分子膠的研究要早于PROTAC技術，與PROTAC不同，分子膠是單分子，分子量較PROTAC要小，不需要Linker將兩個分子連接來發揮作用，但分子膠的設計難度也較高。

表2：分子膠企業重大對外合作項目

來源：火石創造根據公開資料整理

目前，據文獻報導，PROTAC和分子膠都有多個產品進入臨床研究階段。

表3：PROTAC和分子膠臨床項目

來源：《Targeted protein degraders crowd into the clinic》

其他基于泛素-蛋白酶體系統的技術還有分子伴侶介導的蛋白降解劑（Chaperone-mediated Protein Degradation/Degrader，CHAMP）、抗體偶聯新降解劑（Antibody neoDegrader Conjugate，AnDC）技術等。

表4：泛素-蛋白酶體系統其他技術主要企業

來源：火石創造根據公開資料整理

02 基于溶酶體途徑研究技術

由于泛素-蛋白酶體系統的降解靶點蛋白主要是胞內蛋白，而膜蛋白、胞吞的胞外蛋白、細胞器和蛋白多聚體的降解通常是經由溶酶體途徑完成。因此，基于溶酶體途徑的相關技術的研究是對泛素-蛋白酶體系統的補充。溶酶體途徑包括內體/溶酶體途徑和自噬途徑，都已經有相關的技術開始研發。

1、內體/溶酶體途徑：是通過內吞作用將靶點蛋白運送到溶酶體進行降解。已報道的技術主要有溶酶體靶向嵌合體系統（Lysosome targeting chimaeras，LYTAC），LYTAC系統是一種利用細胞表面溶酶體靶向受體（LTRs）介導的蛋白質向溶酶體運輸的系統，LYTAC由兩部分組成，一部分是與靶點蛋白結合的特異性抗體或小分子，另一部分是能與LTRs結合的長鏈（例如：含寡聚甘露糖6-磷酸的長鏈），可以保證靶點蛋白能夠被LTR介導進入溶酶體降解。

2、自噬途徑：是通過自噬體將靶點蛋白運送到溶酶體進行降解，主要有自噬靶向嵌合體(Autophagy-Targeting Chimera，AUTAC)、自噬連接化合物(Autophagosome-tethering compound，ATTEC)。

圖3：自噬降解途徑

來源：《The coming of age of chaperone-mediated autophagy》

（1）AUTAC：與PROTAC技術設計類似，但其是基于自噬途徑的K63多泛素化修飾研究的技術。由靶點蛋白識別配體和K63泛素化修飾信號標簽兩部分組成，能夠對靶點蛋白和受損的線粒體等細胞器進行降解，但該技術過程復雜，穩定性較差，當前的研究較少。

（2）ATTEC：基于自噬體表面的特異性標記蛋白—微管相關蛋白1A/1B-輕鏈3（LC3），來運輸和降解靶點蛋白。ATTEC分子的設計與分子膠類似，不需要Linker，分子直接與LC3和靶點蛋白結合，然后通過自噬體進行蛋白降解。而且，ATTEC對降解核酸和受損的細胞器也有一定的潛能。

此外，還有伴侶蛋白介導的自噬 (Chaperone-mediated autophagy，CMA)等技術。CMA是基于靶點蛋白依賴分子伴侶與溶酶體表面的受體蛋白LAMP2A結合，將其運輸到溶酶體進行降解，這個過程的效率與LAMP2A的數量有關。因此，通過設計能夠增加LAMP2A數量分子來介導靶點蛋白的降解過程。

相比泛素-蛋白酶體系統有諸多企業和資本進入，溶酶體途徑由于研究較晚，多處于高校、科研院所的研究階段，開展商業合作的項目很少，已知的只有LYTAC技術開始相關的合作。

表5：溶酶體途徑主要企業及合作機構

來源：火石創造根據公開資料整理

蛋白降解技術的研究應用為藥物研發提供了新的研究方向，特別是相比傳統小分子和抗體藥的多種優勢，有助于破解當前藥物研究面臨的諸多難題。隨著對蛋白降解途徑相關機理研究的逐步深入，會很大的助力蛋白降解技術的新突破。現已開展臨床研究的產品一旦成功上市，極有可能引爆蛋白降解技術的發展。