PROTACs全稱(chēng)為Proteolysis-Targeting Chimeras，即蛋白水解靶向嵌合體，其結(jié)構(gòu)看起來(lái)像啞鈴一樣，通過(guò)一個(gè)“連接器“（linker）連接“興趣蛋白的配體”以及“E3泛素連接酶的招募配體”。也就是說(shuō)，PROTACs分子的一端與興趣蛋白（即靶蛋白）結(jié)合，另一端與E3泛素連接酶結(jié)合。而E3泛素連接酶可通過(guò)將一種叫做泛素的小蛋白貼在靶蛋白上將其標(biāo)記為缺陷或受損蛋白。之后，細(xì)胞的蛋白粉碎機(jī)（即，蛋白酶體）會(huì)處理掉被標(biāo)記的靶蛋白。

隨著全球首個(gè)基于PROTACs開(kāi)發(fā)的小分子蛋白降解劑ARV-110披露積極的I期臨床數(shù)據(jù)，該領(lǐng)域的熱度進(jìn)一步攀升，多家制藥和生物技術(shù)公司已布局這一技術(shù)。雖然具有治療多種疾病的前景，但目前PROTACs類(lèi)藥物主要被調(diào)查用于治療癌癥的潛力。

來(lái)源：Oncogene

5月31日，來(lái)自美國(guó)佛羅里達(dá)大學(xué)的一個(gè)科學(xué)家團(tuán)隊(duì)在Nature旗下Oncogene雜志上最新發(fā)表的1篇綜述聚焦了基于PROTACs的抗癌新療法[1]。

作者們指出，利用PROTACs來(lái)降解對(duì)腫瘤發(fā)生至關(guān)重要的蛋白，已成為一種潛在的癌癥治療策略。自2001年首次被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，PROTACs技術(shù)已被開(kāi)發(fā)用于靶向多種癌癥靶點(diǎn)。在這篇文章中，他們討論了PROTACs成為抗癌療法的潛力、安全性問(wèn)題，特別關(guān)注了腫瘤特異性/選擇性PROTACs的開(kāi)發(fā)。

以下根據(jù)文中圖表，摘編部分要點(diǎn)：

要點(diǎn)①：PROTACs的3種類(lèi)型

圖1 PROTACs介導(dǎo)蛋白降解的機(jī)制（來(lái)源：Oncogene）

文章的圖1解釋了PROTACs介導(dǎo)蛋白降解的機(jī)制，共分3種。圖a是PROTAC誘導(dǎo)興趣蛋白降解的一般機(jī)制的示意圖。如前文所說(shuō)，PROTAC分子通過(guò)招募E3泛素連接酶到興趣蛋白上，使得興趣蛋白被大量的泛素分子標(biāo)記。之后，多聚泛素化的興趣蛋白會(huì)被蛋白酶體識(shí)別，進(jìn)而被降解掉。之后，PROTAC分子會(huì)被循環(huán)利用以誘導(dǎo)下一輪降解。

圖b解釋了homo-PROTACs介導(dǎo)E3連接酶自降解（self-degradation）的機(jī)制。一個(gè)homo-PROTAC招募一種E3連接酶分子（如CRBN or VHL）到另一個(gè)E3連接酶分子上，之后發(fā)生E3連接酶分子雙向多聚泛素化，然后兩個(gè)分子都被蛋白酶體降解。

圖c解釋了光控Photo-PROTACs介導(dǎo)興趣蛋白降解的機(jī)制。在photo-PROTAC中，一個(gè)光可移動(dòng)（photoremovable）基團(tuán)附著在興趣配體或E3連接酶配體或“連接器“（linker）上。在有外部光照射后，光可移動(dòng)基團(tuán)從photo-PROTAC上分離，將其轉(zhuǎn)化為活性PROTAC，用于興趣蛋白降解。

要點(diǎn)②：PROTACs發(fā)現(xiàn)里程碑

圖2 PROTACs發(fā)現(xiàn)里程碑（來(lái)源：Oncogene）

PROTACs研究領(lǐng)域相對(duì)較新，但發(fā)展迅速。圖2總結(jié)了該技術(shù)自2001年[2]首次被發(fā)現(xiàn)以來(lái)的一些重要進(jìn)展。如果說(shuō)，2008年，首個(gè)小分子PROTAC被報(bào)道，是該領(lǐng)域發(fā)展的一個(gè)重要轉(zhuǎn)折[3]；那么，2019年，靶向AR和ER的PROTAC進(jìn)入臨床試驗(yàn)無(wú)疑是真正的里程碑事件。也是在這一年，有團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出了光控PROTAC。

要點(diǎn)③：8種常用E3連接酶以及超20個(gè)抗癌靶點(diǎn)

科學(xué)家們?cè)谌祟?lèi)基因組中發(fā)現(xiàn)了600多個(gè)E3連接酶，其中只有少數(shù)被用于PROTAC設(shè)計(jì)?？拱㏄ROTAC的開(kāi)發(fā)主要使用了CRBN、VHL、MDM2、IAPs、DCAF15、DCAF16、RNF4和RNF114 E3連接酶的配體。以下表1匯總了被利用這些E3連接酶配體開(kāi)發(fā)的小分子PROTACs成功靶向的關(guān)鍵抗癌靶點(diǎn)。

來(lái)源：Oncogene

要點(diǎn)④：PROTACs的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

與傳統(tǒng)的小分子抑制劑（SMIs）相比，PROTACs具有幾個(gè)與它們獨(dú)特的作用機(jī)制相關(guān)的優(yōu)勢(shì)。其主要優(yōu)勢(shì)包括其催化作用類(lèi)型、高選擇性、靶向不可成藥蛋白的潛力以及通過(guò)靶向突變蛋白克服小分子抑制劑耐藥性的能力。此外，通過(guò)使用組織特異性和/或腫瘤選擇性E3連接酶的配體，PROTACs可能實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)蛋白的腫瘤特異性/選擇性降解。由于這些屬性，PROTACs避免了小分子抑制劑的許多副作用和限制。然而，在提倡臨床轉(zhuǎn)化之前，仍有一些與PROTACs相關(guān)的安全問(wèn)題（包括on-target和off-target毒性）需要考慮。以下表2總結(jié)了PROTACs與小分子抑制劑的優(yōu)缺點(diǎn)。

來(lái)源：Oncogene

要點(diǎn)⑤：E3連接酶組織表達(dá)特征

圖3總結(jié)了E3泛素鏈接酶的組織表達(dá)特征。研究人員發(fā)現(xiàn)，一些E3連接酶在一些組織中，如大腦、肌肉和睪丸中顯示出顯著的聚集。同時(shí)，分析顯示，3%的E3連接酶在幾乎所有正常組織中無(wú)法檢測(cè)到，9%的E3連接酶在幾乎所有正常組織中低表達(dá)，4%的E3連接酶在幾乎所有正常組織中高表達(dá)（圖4a；表3），約9%的E3連接酶在一個(gè)組織中特異性表達(dá)（如圖4b顯示，KLHL41在骨骼肌中特異表達(dá)，RNF112主要在腦組織中表達(dá)，而TRIM69在睪丸中特異性表達(dá)），12%的E3連接酶在2-7種組織類(lèi)型中富集(group enriched)(圖4a)。這些發(fā)現(xiàn)表明，一些E3連接酶在正常人體組織中具有組織選擇性表達(dá)模式。這些E3連接酶可能被用于設(shè)計(jì)組織特異性或選擇性的PROTACs。

圖3 正常組織中E3連接酶表達(dá)特征（來(lái)源：Oncogene）

圖4 E3連接酶在正常組織中的分布（來(lái)源：Oncogene）

要點(diǎn)⑥：69個(gè)腫瘤特異性/選擇性E3連接酶

到目前為止，大多數(shù)PROTACs的開(kāi)發(fā)利用了可招募在腫瘤和正常組織中都廣泛表達(dá)的E3連接酶的配體，如果興趣蛋白（靶蛋白）不是腫瘤特異性的，那么這些PROTACs會(huì)導(dǎo)致脫靶毒性。因此，鑒定出那些在腫瘤中富集但在正常組織中表達(dá)非常低的E3鏈接酶將有助于開(kāi)發(fā)腫瘤特異性/選擇性的PROTACs。如以下表3所示，有69個(gè)E3連接酶符合標(biāo)準(zhǔn)（第3列）。

來(lái)源：Oncogene

圖5 腫瘤特異性/選擇性E3連接酶的鑒定（來(lái)源：Oncogene）

總結(jié)

PROTACs已被開(kāi)發(fā)用于對(duì)抗實(shí)體瘤和惡性血癌的不同靶點(diǎn)，且以靶向依賴的方式顯示出對(duì)某些腫瘤細(xì)胞的高效力，例如靶向BRD4、BTK、BCRABL和CDK-6等靶點(diǎn)的PROTACs已經(jīng)顯示了治療白血病的潛能；而靶向AR、ER、FAK、P38的ROTACs正在被開(kāi)發(fā)用于治療多種不同的實(shí)體瘤；靶向BCL-XL和ALK 的PROTACs還顯示出了廣譜的抗腫瘤活性，在體外和異種移植模型中均能有效殺傷白血病和實(shí)體瘤細(xì)胞。不過(guò)，由于不像小分子抑制劑，PROTACs的分子量更大（一個(gè)好的小分子藥物的大小通常是小于500道爾頓，但目前PROTACs的大小超過(guò)1000道爾頓），因此，組織滲透性和細(xì)胞滲透性仍然是主要的挑戰(zhàn)。

隨著一些關(guān)鍵臨床數(shù)據(jù)的披露，基于PROTACs技術(shù)的新型抗癌療法的開(kāi)發(fā)已邁向全新的階段。PROTACs以及類(lèi)似化合物可能代表了不同于化療、小分子抑制劑、抗體以及細(xì)胞療法的一類(lèi)新藥。

相關(guān)論文：

[1] Sajid Khan et al. PROteolysis TArgeting Chimeras (PROTACs) as emerging anticancer therapeutics. Oncogene (2020).

[2] Kathleen M. Sakamoto et al.Protacs:Chimeric molecules that target proteins to the Skp1–Cullin–F box complex for ubiquitination and degradation. PNAS(2001).

[3] Ashley R.Schneekloth et al. Targeted intracellular protein degradation induced by asmall molecule: En route to chemical proteomics. Bioorganic &Medicinal Chemistry Letters(2008).