在人類(lèi)細(xì)胞中，大約有514種不同的蛋白激酶在運(yùn)作，這些激酶占整個(gè)人類(lèi)基因組的2.5%。對(duì)于希望利用靶向蛋白降解（Targeted Pprotein Degradation，TPD）技術(shù)來(lái)破壞細(xì)胞內(nèi)激酶的科學(xué)家來(lái)說(shuō)，了解這些激酶中哪些能夠被降解，以及哪些藥物分子能夠最好地降解可被降解的激酶，將加速他們開(kāi)發(fā)用于癌癥和其它疾病治療的新療法。

近日，發(fā)表在Cell雜志上的一項(xiàng)研究中，來(lái)自Dana-Farber癌癥研究所的科學(xué)家們鑒定出了大約200種可被降解的激酶，繪制了首張可降解激酶圖譜。這張圖譜將幫助研究人員設(shè)計(jì)可靶向降解這些特定激酶的分子，有望對(duì)癌癥治療產(chǎn)生重大影響。

激酶在調(diào)節(jié)細(xì)胞蛋白活性方面起著關(guān)鍵作用，但在異常情況下，激酶能夠推動(dòng)腫瘤細(xì)胞增殖，因此，激酶也是癌癥藥物的主要靶點(diǎn)。先前，一些靶向分子被設(shè)計(jì)用于與這些激酶（如BTK、CDK4/6）結(jié)合，抑制它們發(fā)揮作用，從而減緩腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)或?qū)е履[瘤細(xì)胞死亡。然而，腫瘤細(xì)胞往往能夠克服這種作用，對(duì)激酶抑制劑產(chǎn)生耐藥性，從而恢復(fù)生長(zhǎng)。

為了克服激酶抑制劑耐藥這一問(wèn)題，并有機(jī)會(huì)靶向那些還沒(méi)有研發(fā)出相應(yīng)抑制劑的激酶，科學(xué)家們開(kāi)發(fā)出了一種新技術(shù)——靶向蛋白降解（TPD）。基于該技術(shù)開(kāi)發(fā)出的分子并不是通過(guò)與激酶結(jié)合來(lái)發(fā)揮抑制作用，而是直接將致病激酶摧毀。

在細(xì)胞中，一種被稱(chēng)為E3（泛素）連接酶的分子可通過(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)胞內(nèi)的蛋白粉碎機(jī)（即，蛋白酶體）會(huì)降解被標(biāo)記的靶蛋白。2004年，來(lái)自以色列和美國(guó)的三位科學(xué)家曾因發(fā)現(xiàn)“泛素介導(dǎo)的這種蛋白質(zhì)降解過(guò)程”獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。靶向蛋白降解正是基于這種機(jī)制開(kāi)發(fā)的一種新技術(shù)，基于該技術(shù)開(kāi)發(fā)出的藥物被稱(chēng)為蛋白降解劑。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，靶向激酶的蛋白降解劑，一端與特定的激酶結(jié)合，一端與一種E3連接酶結(jié)合。之后，E3連接酶通過(guò)泛素標(biāo)記靶激酶，最后靶激酶被蛋白酶體系統(tǒng)降解。

Dana-Farber癌癥研究所的Eric Fischer博士稱(chēng)，相比標(biāo)準(zhǔn)的靶向抑制療法，靶向蛋白降解有很多方面的優(yōu)勢(shì)。舉例來(lái)說(shuō)，蛋白降解劑不需要像蛋白抑制劑一樣依賴于與靶蛋白活性位點(diǎn)的緊密結(jié)合，以PROTACs為代表的蛋白降解劑只需要與靶蛋白弱結(jié)合就可以特異性地“標(biāo)記”它，從而使靶蛋白被降解（傳統(tǒng)的蛋白抑制劑需要與靶蛋白活性位點(diǎn)有很強(qiáng)的結(jié)合才能發(fā)揮作用，然而，據(jù)估計(jì)，人類(lèi)細(xì)胞中80%的蛋白缺乏這樣的位點(diǎn)）。

不過(guò)，雖然靶向蛋白降解作為一種新型抗癌療法已經(jīng)顯示出很大的前景，但關(guān)于如何構(gòu)建最有效的降解劑以及哪些激酶對(duì)這些降解劑最敏感，還沒(méi)有很好的答案。

“靶向蛋白降解是一個(gè)新領(lǐng)域。我們希望通過(guò)創(chuàng)建一個(gè)全面的數(shù)據(jù)集，找出蛋白降解劑開(kāi)發(fā)背后的一些規(guī)律，進(jìn)而優(yōu)化這類(lèi)新型藥物的開(kāi)發(fā)?！盕ischer博士說(shuō)。

為了創(chuàng)建這樣的數(shù)據(jù)集，F(xiàn)ischer博士及其同事搭建了一個(gè)大型降解劑庫(kù)，然后對(duì)一組表達(dá)近500種蛋白激酶的細(xì)胞系進(jìn)行了處理，并使用質(zhì)譜分析來(lái)觀察哪些激酶被降解。最終，他們鑒定出了172種可降解的蛋白激酶，相比先前文獻(xiàn)中報(bào)道的57種，數(shù)量顯著增加。

表1 超過(guò)170個(gè)可降解的蛋白激酶

數(shù)據(jù)來(lái)源：Cell

表2 先前文獻(xiàn)中已報(bào)道的57個(gè)可降解的激酶

數(shù)據(jù)來(lái)源：Cell

此外，研究顯示，172個(gè)可被降解的激酶中，有136個(gè)可被至少2種獨(dú)立的化合物降解，其中，CDK4、 AURKA、FER、WEE1、BLK、LIMK2、CDK6、 GAK和LIMK1這9種激酶可被至少40種獨(dú)立的化合物降解，表明它們易于被誘導(dǎo)降解。

圖片

最容易被誘導(dǎo)降解的蛋白激酶TOP20（來(lái)源：Cell）

Fischer博士說(shuō)：“對(duì)于想要開(kāi)發(fā)特定激酶蛋白降解劑的研究者來(lái)說(shuō)，他們首先需要知道，該激酶能否被降解，其次，還需要知道，哪種類(lèi)型的降解劑可能最有效。利用我們的數(shù)據(jù)庫(kù)，研究者們可以確定是否他們感興趣的激酶是可降解的，以及哪些分子能夠完成這一降解任務(wù)。”

除了提供一個(gè)意義重大的數(shù)據(jù)庫(kù)，這項(xiàng)新研究還獲得了一些違背很多科學(xué)家直覺(jué)的發(fā)現(xiàn)。比如，一些科學(xué)家曾推測(cè)，最有效的降解劑可能是那些與激酶親和力最高的分子，也就是結(jié)合地最緊密的分子，然而，事實(shí)并非如此。Fischer博士與合作伙伴構(gòu)建的這一數(shù)據(jù)集顯示，最高的親和力并不能決定降解劑最有效，其它因素也很重要。

“我們相信這項(xiàng)工作不僅會(huì)促進(jìn)新的激酶降解劑的發(fā)現(xiàn)和開(kāi)發(fā)，同時(shí)也將幫助我們加深對(duì)靶向蛋白降解這一新技術(shù)的理解。”Fischer博士總結(jié)道。

參考資料：

1# New map provides scientists with head start on how to destroy cancer-related enzymes rather than just block them（來(lái)源：Dana-Farber Cancer Institute）

2# Katherine A. Donovan et al. Mapping the Degradable Kinome Provides a Resource for Expedited Degrader Development. Cell(2020).