作者：張新

當(dāng)前研發(fā)的藥物作用方式多是通過抑制或者增強靶標(biāo)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(jié)合才能發(fā)揮作用，在已知的藥物靶點蛋白中，含有可結(jié)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(shù)的不可成藥靶點來開發(fā)藥物成為許多公司的研發(fā)重點，當(dāng)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(nèi)蛋白降解途徑來進行蛋白降解，開發(fā)蛋白靶向降解技術(shù)成為藥物研發(fā)新的熱門方向。蛋白降解技術(shù)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(shù)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(nèi)蛋白降解途徑主要有溶酶體途徑和泛素-蛋白酶體系統(tǒng)（ubiquitin - proteasome system , UPS）。其中，泛素-蛋白酶體系統(tǒng)是體內(nèi)蛋白降解的主要途徑，體內(nèi)80%的蛋白通過該途徑降解。因此，蛋白降解技術(shù)相關(guān)的研究也主要圍繞此途徑開展，相關(guān)項目進展也更快。

01 基于泛素-蛋白酶體系統(tǒng)研究技術(shù)

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(dāng)前最為熟知、研究也最多的一種基于泛素-蛋白酶體系統(tǒng)的蛋白降解技術(shù)。PROTAC一般由三部分組成：靶點蛋白結(jié)合配體、E3連接酶結(jié)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(jié)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(xù)重復(fù)下一個蛋白的降解過程。

圖2：PROTAC作用機理

來源：網(wǎng)絡(luò)，侵刪

PROTAC技術(shù)的發(fā)現(xiàn)，吸引了眾多科研機構(gòu)開展相關(guān)研究，一批研究較早并取得了一定成果的研究人員開始創(chuàng)業(yè)，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(fā)和推廣AVR-471的合作達到了24億美元。

表1：PROTAC企業(yè)重大對外合作項目

來源：火石創(chuàng)造根據(jù)公開資料整理

2、分子膠：是除PROTAC技術(shù)以外，泛素-蛋白酶體系統(tǒng)另一種研究比較多的技術(shù)，這類技術(shù)是通過特異性的介導(dǎo)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(xiàn)蛋白泛素化降解的小分子。分子膠的研究要早于PROTAC技術(shù)，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(fā)揮作用，但分子膠的設(shè)計難度也較高。

表2：分子膠企業(yè)重大對外合作項目

來源：火石創(chuàng)造根據(jù)公開資料整理

目前，據(jù)文獻報導(dǎo)，PROTAC和分子膠都有多個產(chǎn)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(tǒng)的技術(shù)還有分子伴侶介導(dǎo)的蛋白降解劑（Chaperone-mediated Protein Degradation/Degrader，CHAMP）、抗體偶聯(lián)新降解劑（Antibody neoDegrader Conjugate，AnDC）技術(shù)等。

表4：泛素-蛋白酶體系統(tǒng)其他技術(shù)主要企業(yè)

來源：火石創(chuàng)造根據(jù)公開資料整理

02 基于溶酶體途徑研究技術(shù)

由于泛素-蛋白酶體系統(tǒng)的降解靶點蛋白主要是胞內(nèi)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(jīng)由溶酶體途徑完成。因此，基于溶酶體途徑的相關(guān)技術(shù)的研究是對泛素-蛋白酶體系統(tǒng)的補充。溶酶體途徑包括內(nèi)體/溶酶體途徑和自噬途徑，都已經(jīng)有相關(guān)的技術(shù)開始研發(fā)。

1、內(nèi)體/溶酶體途徑：是通過內(nèi)吞作用將靶點蛋白運送到溶酶體進行降解。已報道的技術(shù)主要有溶酶體靶向嵌合體系統(tǒng)（Lysosome targeting chimaeras，LYTAC），LYTAC系統(tǒng)是一種利用細胞表面溶酶體靶向受體（LTRs）介導(dǎo)的蛋白質(zhì)向溶酶體運輸?shù)南到y(tǒng)，LYTAC由兩部分組成，一部分是與靶點蛋白結(jié)合的特異性抗體或小分子，另一部分是能與LTRs結(jié)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(dǎo)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(shù)設(shè)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(shù)。由靶點蛋白識別配體和K63泛素化修飾信號標(biāo)簽兩部分組成，能夠?qū)Π悬c蛋白和受損的線粒體等細胞器進行降解，但該技術(shù)過程復(fù)雜，穩(wěn)定性較差，當(dāng)前的研究較少。

（2）ATTEC：基于自噬體表面的特異性標(biāo)記蛋白—微管相關(guān)蛋白1A/1B-輕鏈3（LC3），來運輸和降解靶點蛋白。ATTEC分子的設(shè)計與分子膠類似，不需要Linker，分子直接與LC3和靶點蛋白結(jié)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(dǎo)的自噬 (Chaperone-mediated autophagy，CMA)等技術(shù)。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(jié)合，將其運輸?shù)饺苊阁w進行降解，這個過程的效率與LAMP2A的數(shù)量有關(guān)。因此，通過設(shè)計能夠增加LAMP2A數(shù)量分子來介導(dǎo)靶點蛋白的降解過程。

相比泛素-蛋白酶體系統(tǒng)有諸多企業(yè)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(yè)合作的項目很少，已知的只有LYTAC技術(shù)開始相關(guān)的合作。

表5：溶酶體途徑主要企業(yè)及合作機構(gòu)

來源：火石創(chuàng)造根據(jù)公開資料整理

蛋白降解技術(shù)的研究應(yīng)用為藥物研發(fā)提供了新的研究方向，特別是相比傳統(tǒng)小分子和抗體藥的多種優(yōu)勢，有助于破解當(dāng)前藥物研究面臨的諸多難題。隨著對蛋白降解途徑相關(guān)機理研究的逐步深入，會很大的助力蛋白降解技術(shù)的新突破?，F(xiàn)已開展臨床研究的產(chǎn)品一旦成功上市，極有可能引爆蛋白降解技術(shù)的發(fā)展。