Cell综述解读，这项技术未来将有大发展

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Cell阶段总结：合成蛋白水解靶向嵌合体的发展历程

随着科学技术的发展，生物学的研究趋向分子化。

蛋白的研究是其中的重要环节之一，疾病的发生发展与目标蛋白的调控密切相关。

调控目标蛋白不仅与疾病的发生发展相关，更与靶向药物的研发息息相关。

目前蛋白组学中发现了许多蛋白为相关治疗的靶点，但是其中许多蛋白不能成为相关药物作用的靶标。

若要作用于靶点，需要维持体内较高的药物浓度，这样会对人体带来药物毒性作用。

合成蛋白水解靶向嵌合体（PROTAC）可作为药物与蛋白结合的催化剂，大大提高药物与靶向蛋白的结合效率，同时也促进了靶向药物的开发。

目前为止，PROTAC仍是生物学和药学领域的热门研究方向之一。

在去年11月发表于 Cell 杂志上的综述“Proteolysis-Targeting Chimeras as Therapeutics and Tools for Biological Discovery”。

作者概述了目前 PROTAC技术的原理及发展，并对PROTAC技术的未来做了展望。

全文可分为3个部分：

（1） PROTAC技术的作用原理；

（2） PROTAC技术的发展；

（3） PROTAC技术的展望。

01

PROTAC技术的作用原理

PROTAC技术与泛素-蛋白酶体系统（UPS）密切相关。

UPS包括泛素（Ub）、泛素化酶（E1、E2、E3）、蛋白酶及底物组成。

ATP供能时，E1活化将激活的泛素传递给E2，再通过E3连接于作用蛋白上。

泛素分子相互连接形成多聚泛素链。

蛋白酶体特异性识别多聚泛素链标记的蛋白，并将其降解。

PROTAC分子分为三部分，一端连接靶蛋白，通过连接体与E3连接酶配体连接，招募E3连接酶于靶蛋白上，泛素化过程激活，降解靶蛋白。

多种基因可以引起疾病，但只有极少量的蛋白存在药物靶向，大多数为“不可成药蛋白”。

“不可成药蛋白”形成主要有以下几点原因。

首先，多数蛋白没有活性位点，药物无法作用；

其次，一些蛋白通过蛋白-蛋白相互作用发挥作用；

最后，一些蛋白自身发生聚集，导致药物作用效果降低。

PROTAC通过降解作用，暴露活性位点，导致蛋白解离，催化药物与相关蛋白的结合，从而促进药物的治疗效果。

UPS系统和 PROTAC分子

02

PROTAC技术的发展

PROTAC技术的开发从多肽类PROTAC开始。

Sakamoto于2001年将甲硫氨酸氨肽酶-2 (MetAP2) 的小分子抑制剂 Ovalicin 与磷酸肽相连，提出PROTAC概念。

早期的 PROTAC分子细胞渗透性差，在药物研发领域并没有得到重视。

此后，Sakamoto又设计了以雌二醇为基础靶向雌激素受体 (ERα) 的磷酸肽 Protac-2和以双氢睾酮 (DHT) 为基础的磷酸肽 Protac-3 ，从而解决了早期PROTAC分子细胞渗透性差的问题。

Schneekloth 于2004年用HIF1α的7个氨基酸序列取代了磷酸肽，进一步提高了PROTAC分子的细胞膜通透性。

但是，多肽类PROTACs 的分子透膜性仍不令人满意。

对PROTACs 技术的突破主要集中在对E3连接酶类型的改变，使PROTACs由肽类向小分子转变。

2008年，Smith A.Ｒ.采用已知的 MDM2 蛋白配体 Nutlin 作为 E3连接酶招募部分,制造了首个小分子的PROTACs，其膜通透性强于多肽类PROTACs，但是催化效能不如多肽类PROTACs。

Hashimoto于2010年设计了基于 cIAP1 E3 的PROTACs，提高了PROTAC分子的催化效率，但是分子的稳定性较弱。

Buck-ley于2012年设计了基于 VHL E3的小分子 PROTACs ，并在2015年取得突破，从而使PROTAC分子的结构趋于稳定。

PROTACs 由多肽向小分子发展过程中，确定了基本的 4 种小分子类型：MDM2，cIAP，VHL和 CRBN，其中VHL，CＲBN为E3配体。

这四种PROTAC适用范围广、降解效能高，近几年受到广泛重视。

从现有研究结果看，多数PROTAC是基于新型高选择性靶向抑制剂开发的。

比如靶向肾上腺素受体、雌激素受体、BRD4的PROTACs。

许多致病目标蛋白的靶向药物正在开发之中。

部分新型PROTACs作用靶点

03

PROTAC技术的展望

PROTAC对蛋白具有降解作用，这可以暴露药物结合位点。

同时降解后的蛋白与药物结合的面积增大，大大提高了药物对靶蛋白的作用效率，从而为高效靶向药物的研发提供了技术支持。

但是，PROTAC分子分子量过大，E3连接酶的种类过少及生物利用度过低限制了该类分子的开发及生产。

在以后的发展中，降低PROTAC分子量、开发新型的E3连接酶及提高该类分子的生物体利用度将会成为研究重点。

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